JP2008512672A - Apparatus and method for analysis of size, shape, angularity of mineral and rock pieces, and composition analysis - Google Patents

Apparatus and method for analysis of size, shape, angularity of mineral and rock pieces, and composition analysis Download PDF

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Abstract

サイズおよび形状の3次元測定のため、および鉱物および岩石小片ならびに同様の物体の組成解析のための機器および方法。鉱物や岩石などの、同じまたは異なるサイズの小片または物体の混合物が、個別かつ自動的にコンベヤ・ベルト上に供給され、レーザおよび2つのカメラを使用する3次元機械視測定を行い、続いて可視光および赤外光を使用する分光測定を行い、次いで、コンベヤの端部で集められる。コンピュータ・ソフトウェアを使用して、組み込まれた測定プロセスまたはユーザ特有の方法に従って、測定を自動的に実行し、個々の各物体のサイズ、形状、丸み、また、好ましくは岩石組成および他の特性や関連する特性の統計分布を計算する。Instruments and methods for three-dimensional measurement of size and shape, and for compositional analysis of mineral and rock fragments and similar objects. A mixture of small pieces or objects of the same or different sizes, such as minerals and rocks, are fed individually and automatically onto a conveyor belt, and are subjected to 3D mechanical vision measurements using a laser and two cameras, followed by visible Spectroscopic measurements using light and infrared light are made and then collected at the end of the conveyor. Computer software can be used to automatically perform measurements according to the built-in measurement process or user-specific methods, and to determine the size, shape, roundness, and preferably rock composition and other characteristics of each individual object. Calculate the statistical distribution of the relevant characteristics.

Description

本発明は、一般に鉱物および岩石の小片の解析のための機器および方法に関し、詳細には、鉱物および岩石小片の、形状おアンギュラリティ(かどのある形/輪郭)を含めたサイズおよび形状を判定し、また、それらの組成を判定し、サイズ、形状、岩石学的タイプに基づいて小片を分類するための光学的および分光測光的な方法に基づいて、そのような小片を自動的に解析する新規の装置および方法に関する。   The present invention relates generally to instruments and methods for the analysis of mineral and rock fragments, and in particular to determine the size and shape of minerals and rock fragments, including the shape angularity (the shape / contour of the corners). And automatically analyze such pieces based on optical and spectrophotometric methods to determine their composition and classify the pieces based on size, shape and petrological type The present invention relates to a new apparatus and method.

岩石および鉱物の小片(粒子)のサイズ解析、岩石学的記述、ならびに他の解析の従来の手作業や機械的な方法は十分に確立されており、建設骨材業界によって、品質管理のためや、例えば道路の砂利やコンクリート骨材の評価のために、日常的に使用される。しかし、従来の方法は、しばしば十分に訓練された専門家を必要とし、また、それにも拘わらず再現可能な結果を得ることが困難であり、手間と時間とコストがかかる。   Traditional manual and mechanical methods of rock and mineral fragments (particles) size analysis, petrological descriptions, and other analyzes are well established, and the construction aggregate industry has For example, it is routinely used for evaluation of road gravel and concrete aggregate. However, conventional methods often require well-trained professionals and are nevertheless difficult to obtain reproducible results, which is laborious, time consuming and costly.

従来技術においての、鉱物および岩石の小片の光学的解析のための方法および機器が、例えば国際特許公開第02/090942−A1号、独国特許第29800809−U1号、独国特許第20117494−U1号、独国特許第20219141−U1号、米国特許第6061130号、米国特許第5309215号に記載されている。しかし、前記文献で開示されている方法または機器は、鉱物および岩石の小片の自動サイズ/形状決定(例えば、形およびアンギュラリティによる分類)のための3次元解析も、岩石組成の解析も提供しない。   Methods and instruments for optical analysis of mineral and rock fragments in the prior art are described, for example, in WO 02 / 090942-A1, DE 29800809-U1, DE 20117494-U1. No. 6,219,141-U1, U.S. Pat. No. 6,061,130, U.S. Pat. No. 5,309,215. However, the methods or instruments disclosed in the literature do not provide a three-dimensional analysis for the automatic sizing / shape determination of minerals and rock fragments (eg, classification by shape and angularity) nor analysis of rock composition .

鉱物および岩石の小片のサイズ、形状、そして好ましくは組成を判定するために、そのような小片の確実かつ再現可能な高スループットの測定を実現することができる方法および機器が求められている。   In order to determine the size, shape, and preferably composition, of mineral and rock pieces, there is a need for methods and instruments that can provide reliable and reproducible high-throughput measurements of such pieces.

発明の概要
本発明の一つの目的は、複数の小片/物体を含む試料の各小片/物体のサイズおよび形状を自動的に決定するために、鉱物、岩石、砂礫、天然又は製造された又はリサイクルされた骨材などから選択された試料内の物体/小片を、高スループットで解析するための装置および方法を提供することである。この形状を決定することは、形状およびアンギュラリティを定義するパラメータを含む。
SUMMARY OF THE INVENTION One object of the present invention is to provide mineral, rock, gravel, natural or manufactured or recycled to automatically determine the size and shape of each piece / object of a sample containing multiple pieces / objects. To provide an apparatus and method for high-throughput analysis of objects / pieces in a sample selected from selected aggregates and the like. Determining this shape includes parameters that define shape and angularity.

本発明の装置は、物体が互いに離隔される(即ち重なり合わない、または直接接触しない)ように、ある所定の最大幅の1つの層の流れで前記物体を供給するための好適な供給システムと、各物体についての3次元表面データを得るように構成された光学的画像検出システムと、処理手段および専用ソフトウェアを備える制御システムとを組み合わせるものであり、制御システムの処理手段および専用ソフトウェアは、前記物体の画像を処理し、前記物体のサイズおよび形状を自動的に決定し、前記物体のサイズおよび形状を表すパラメータを返す。好ましくは、本装置は更に、試料のスペクトルを得るための分光検出システムを備え、その試料のスペクトルは、試料の物体の組成および/または岩石学的タイプを表すデータを得るために、制御システムによって処理される。本発明の装置および方法は、例えば、品質、ならびに建設、コンクリート、道路工事、および関連する応用分野に対する適性を評価するために、岩石学的試料を自動的に迅速に解析することが可能である。そのような解析は、これまで手間がかかる半機械的方法(ふるい分けおよび粉砕)や手動の目視検査に基づいていた。   The apparatus of the present invention comprises a suitable supply system for supplying said objects in a single layer flow of a certain maximum width such that the objects are spaced apart from each other (i.e. do not overlap or directly contact). A combination of an optical image detection system configured to obtain three-dimensional surface data for each object and a control system comprising processing means and dedicated software, the processing means and dedicated software of the control system comprising Process the image of the object, automatically determine the size and shape of the object, and return parameters representing the size and shape of the object. Preferably, the apparatus further comprises a spectroscopic detection system for obtaining a spectrum of the sample, wherein the spectrum of the sample is obtained by a control system to obtain data representative of the composition and / or petrological type of the sample object. It is processed. The apparatus and method of the present invention is capable of automatically and rapidly analyzing petrological samples, for example, to assess quality and suitability for construction, concrete, road construction, and related applications. . Such analysis has so far been based on laborious semi-mechanical methods (sieving and grinding) and manual visual inspection.

本発明の他の態様は、鉱物、岩石、砂礫、天然又は製造された又はリサイクルされた骨材などから選択された試料内の複数の物体内の物体のサイズおよび形状を決定するための方法を提供し、形状の決定は、少なくとも、小片が長いかどうか、および/または平坦なものであるかどうかを示す形状パラメータまたはクラスを少なくとも決定すること、ならびにアンギュラリティ(角のある輪郭)の決定を含む。   Another aspect of the invention provides a method for determining the size and shape of an object in a plurality of objects in a sample selected from minerals, rocks, gravel, natural or manufactured or recycled aggregates, and the like. Providing and determining the shape, at least determining a shape parameter or class indicating whether the piece is long and / or flat, and determining angularity (angular contour) Including.

他の態様は、本明細書で述べられている方法におけるデータ解析および決定を実施するため、およびデータ獲得を制御するためのコンピュータ・プログラム製品を提供する。   Another aspect provides a computer program product for performing data analysis and determination in the methods described herein and for controlling data acquisition.

本発明の装置は、特定の試料タイプ用に構成することができるが、概して、鉱物、岩石、砂礫、天然又は製造された又はリサイクルされた骨材などの複数の物体/小片を含むバッチ試料の自動解析に適している。   The apparatus of the present invention can be configured for a particular sample type, but in general, for batch samples containing multiple objects / pieces such as minerals, rocks, gravel, natural or manufactured or recycled aggregates. Suitable for automatic analysis.

本明細書では、「形(shape)」という用語は、概して、ある物体の巨視的な形状およびアンギュラリティを指し、好ましくは、表面テキスチャをも指す。本明細書では、「形状(form)」というパラメータは、その物体の主軸(長軸、中間軸、短軸)の比に従って、解析済みの物体を分類するために使用される。それに従って、物体は、図9cに示されているように、4つのクラス、即ち、長いもの、平坦で長いもの、平坦なもの、立方体様(立方形)のものに、分類することができる。すべての軸についての長さが実質的に同様である場合、その物体は立方形のものとして分類され、中間軸および短軸が同様であり、長軸が実質的に長い場合、その物体は長いものとして分類され、長軸および中間軸が同様であり、かつ短軸より実質的に長い場合、その物体は平坦なものとして分類され、すべての軸が異なる、即ち、長軸が中間軸より実質的に長く、中間軸は短軸より実質的に長い場合、その物体は、長く平坦なものとして分類される。様々なカットオフ(cut-off)値を選択して、形状クラス間の境界を規定することができ、一つの分類体系では、2つの軸は、それらの比が0.67未満(短軸:長軸)である場合には同様であるとみなされるが、この値は、例えば0.5や0.75に設定することもできる。   As used herein, the term “shape” generally refers to the macroscopic shape and angularity of an object, and preferably also refers to surface texture. In this specification, the parameter “form” is used to classify the analyzed object according to the ratio of the main axis (long axis, intermediate axis, short axis) of the object. Accordingly, objects can be classified into four classes: long, flat and long, flat, and cube-like (cubic), as shown in FIG. 9c. If the length for all axes is substantially similar, the object is classified as cubic, the middle and minor axes are similar, and if the major axis is substantially longer, the object is longer If the major and intermediate axes are similar and are substantially longer than the minor axis, then the object is classified as flat and all axes are different, i.e. the major axis is more substantial than the middle axis. If it is long and the intermediate axis is substantially longer than the short axis, the object is classified as long and flat. Various cut-off values can be selected to define the boundaries between shape classes, and in one classification scheme, the two axes have a ratio of less than 0.67 (short axis: However, this value can be set to 0.5 or 0.75, for example.

これらの様々な形状はまた、薄片比(flakiness ratio)または伸長比(elongation ratio)によって表すことができる。当技術分野では一般に、何れの標準が使用されるかに応じてではあるが、小片は、その厚さがその幅の0.5または0.67未満である場合には薄片状のものとみなされ、その幅がその長さの0.5または0.67未満である場合には「長いもの」とみなされる。そのような分類は本発明の方法を用いて容易に達成されるものであり、測定された物体を、測定された主軸比に従ってグループ分けし、従来のキャリパ測定を用いる相対的測定による分類に合致するグループを規定するように適切な間隔を選択することによって、達成される。   These various shapes can also be represented by flakeness ratios or elongation ratios. Generally in the art, depending on which standard is used, a piece is considered flaky if its thickness is less than 0.5 or 0.67 of its width. If the width is less than 0.5 or 0.67 of the length, it is considered “long”. Such classification is easily achieved using the method of the present invention, where measured objects are grouped according to the measured principal axis ratio and conform to relative measurement classification using conventional caliper measurements. This is accomplished by selecting an appropriate interval so as to define a group to perform.

本装置は、試料物体を、1つの層の流れで互いに離隔されて互いに重なり合わないように、または直接接触しないように、搬送ベルト上へ供給するためのフィーダ(供給装置)を備える。幾つかの実施形態では、試料物体が1つずつ本装置の検出エリアに進入するように、物体は実質的に一つのラインに位置合わせされるが、検出手段および解析ソフトウェアが物体間での区別を行うことができる限り、2つ以上の物体を同時に検出することもできる。当業者に周知の幾つかのフィーダ手段を本発明に従って使用することができ、例えば、本装置の主搬送ベルトに対して或る角度、例えば垂直、に配列された1または複数のコンベヤ・ベルトなどを使用することができる。現在好ましい実施形態は、図2に示されているような振動螺旋エレベータ8を備え、その寸法は、解析される特定の試料によって決まる。好適な螺旋エレベータは、デンマークのScanVibroによって提供される。例えばVibratechniques Ltd(ビブラテクニック社)(英国)によって提供される振動ドサイン(dosign)フィーダなどのような、他の構成を使用することもできる。   The apparatus comprises a feeder (feeding device) for feeding the sample objects onto the conveyor belt so that they are separated from each other in a single layer flow and do not overlap each other or do not directly contact each other. In some embodiments, the objects are substantially aligned to one line so that the sample objects enter the detection area of the device one by one, but the detection means and analysis software distinguish between the objects. It is also possible to detect two or more objects at the same time as long as it can be performed. Several feeder means known to those skilled in the art can be used in accordance with the present invention, such as one or more conveyor belts arranged at an angle, eg, perpendicular to the main transport belt of the apparatus. Can be used. The presently preferred embodiment comprises an oscillating spiral elevator 8 as shown in FIG. 2, the dimensions of which depend on the particular sample being analyzed. A suitable spiral elevator is provided by ScanVibro, Denmark. Other configurations may be used, such as, for example, a vibrating dosign feeder provided by Vibratechniques Ltd (Vibratechnics) (UK).

本装置で使用される主コンベヤ11は、当業者なら容易に選択することができ、好ましくは、本装置の動作中にコンベヤの速度を確実に固定するために、好適な高精度モータを用いて駆動するべきである。一実施形態では電気モータが使用され、その速度は入力AC周波数に直接依存し、その周波数は、調整可能な周波数コントローラを用いて正確に制御される。図2に示されている構成では、供給用コンベヤ12は、物体をフィーダ8から主コンベヤ11へ送り、供給用コンベヤは低速に設定され、物体を離散的に分配する助けをする。主コンベヤ11は、カバー13の遠位側パネル14に固定された電気モータに軸が接続されたローラ10によって駆動される。カバー13の開放側もまた、取付け可能な前側パネル(図示せず)を用いて閉じることができる。   The main conveyor 11 used in the apparatus can be easily selected by a person skilled in the art, preferably using a suitable high-precision motor to ensure that the conveyor speed is fixed during operation of the apparatus. Should be driven. In one embodiment, an electric motor is used and its speed is directly dependent on the input AC frequency, which is accurately controlled using an adjustable frequency controller. In the configuration shown in FIG. 2, the supply conveyor 12 feeds objects from the feeder 8 to the main conveyor 11 and the supply conveyor is set to low speed to help distribute the objects discretely. The main conveyor 11 is driven by a roller 10 whose shaft is connected to an electric motor fixed to the distal panel 14 of the cover 13. The open side of the cover 13 can also be closed using an attachable front panel (not shown).

光学的検出および表面解析
本装置は、主搬送ベルトを横切る光の平面ビーム(即ち、コリメートされた、好ましくはコヒーレントな光)を投じる照明源を備え、典型的には、そのビームは、動きの方向に対して、また、好ましくは、ベルトの平面に対しても直交する。一実施形態では、コリメートされた平面のコヒーレントの光ビームを生み出すために、コヒーレントなダイオード・レーザ光が好適なレンズと共に使用される。ベルトを横切るビームの幅により、解析される物体の最大幅が決定され、典型的には、従来の岩石骨材試料の場合は約40〜160mmのビーム幅が適切であり、例えば、約40〜100mmの範囲や、例えば約50mmや約60mmなどのような例えば約40〜80mmの範囲内や、より広い約100mm、120mm、140mm、または160mmなどである。ベルトを横切る物体の幅がビーム幅以下であるように物体の長軸がベルトに沿っている場合には、それより長い物体を解析することができる。ビーム平面を横切るビームの幅それ自体が、表面解析の分解能に影響を及ぼし、好ましくは、解析される物体の最大表面高さでの幅は、例えば0.05mm以下などのように、約0.1mm未満である。しかし、ビームの幅を規定することは困難である。即ち、観察される幅は、周囲の光度(light level)、光が投射される表面のテキスチャなどに依存し、また、特に、レンズ構成、すなわち、ビームが、例えばコンベヤ・ベルトから30〜40mmで、またはより小さい小片についてはそれより低い推定される小片の高さで合焦されるように適切に構成されるレンズ構成に、依存することになる。
Optical detection and surface analysis The apparatus comprises an illumination source that projects a planar beam of light (ie, collimated, preferably coherent light) across the main transport belt, typically the beam of motion. It is also perpendicular to the direction and preferably to the plane of the belt. In one embodiment, coherent diode laser light is used with a suitable lens to produce a collimated planar coherent light beam. The width of the beam across the belt determines the maximum width of the object to be analyzed, typically a beam width of about 40-160 mm is appropriate for conventional rock aggregate samples, for example about 40- For example, a range of 100 mm, a range of about 40 to 80 mm such as about 50 mm or about 60 mm, or a wider range of about 100 mm, 120 mm, 140 mm, or 160 mm. If the long axis of the object is along the belt so that the width of the object across the belt is less than or equal to the beam width, longer objects can be analyzed. The width of the beam across the beam plane itself affects the resolution of the surface analysis, and preferably the width at the maximum surface height of the object to be analyzed is approximately 0. 0 mm, for example 0.05 mm or less. It is less than 1 mm. However, it is difficult to define the beam width. That is, the observed width depends on the ambient light level, the texture of the surface on which the light is projected, etc., and in particular the lens configuration, i.e. the beam is, for example, 30-40 mm from the conveyor belt. Or, for smaller pieces, it will depend on a lens configuration that is appropriately configured to be focused at a lower estimated piece height.

本発明は、砂礫サイズの骨材(約2〜4mmから40〜60mm)、および小石サイズの骨材(約20〜40から約160mm)の解析に特に有用であり、また、砂サイズの小片(約0.5から2mm)にも使用することができ、それには異なるフィーダ構成が必要とされる可能性があるが、そのような好適な解決策は当業者に周知である。   The present invention is particularly useful for the analysis of gravel-sized aggregates (about 2-4 mm to 40-60 mm) and pebbles-sized aggregates (about 20-40 to about 160 mm), and sand-sized pieces ( Such suitable solutions are well known to those skilled in the art, although different feeder configurations may be required.

画像取込み手段は、少なくとも1つの画像検出器、典型的にはレンズとCCDまたはCMOS検出器とを有する機械視(マシン・ビジョン、machine vision)カメラを備え、そのレンズは、好適な焦点距離を有するものが選択される。検出器(1または複数)は、ビーム経路を通って搬送される物体を照明する平面光ビームの拡散反射の画像を取り込むことができるように配列される。画像検出器は、1秒当たり約10画像、またはそれより多く、例えば1秒当たり少なくとも24や26画像というものを含めて1秒当たり約少なくとも20画像などのように、短い規則的な間隔で画像を取り込むように制御される。より速いプロセッサの場合、1秒当たり約40や48画像、あるいは1秒当たり最大75や100画像などのような、1秒当たり約25〜120画像を得ることができるような、高速レートとすることができる。画像取込み周期により、コンベヤの許容速度、従って測定のスループットが決定される。高スループットの解析のためには、1秒当たり少なくとも50画像や1秒当たり少なくとも100や120画像などのような、高い画像取込み周期が望ましい。本発明のソフトウェアおよび制御システムは、高スループット解析を可能にし、また、現在のシステム構成を用いて、最大幅直径(長軸)100mm未満の物体を1時間当たり少なくとも約100個、好ましくは、最大幅直径100mm未満の岩石を1時間当たり少なくとも200個、解析されるように構成することができる。しかしながら、それよりも長い物体がコンベヤ・ベルトと平行に置かれ、ベルトの横方向に対するその物体の幅がビームの幅未満であるならば、そのような長い物体を解析することができる。従って、本装置のフィーダは、物体をその最も長い軸がベルトの動く方向に沿った状態でコンベヤ上に配するように、構成されることが好ましい。   The image capture means comprises a machine vision camera having at least one image detector, typically a lens and a CCD or CMOS detector, the lens having a suitable focal length The one is selected. The detector (s) are arranged to capture a diffuse reflection image of a planar light beam that illuminates an object conveyed through the beam path. Image detectors can capture images at short regular intervals, such as about 10 images per second, or more, for example about at least 20 images per second, including at least 24 or 26 images per second. Is controlled to capture. For faster processors, use a fast rate that can get about 25-120 images per second, such as about 40 or 48 images per second, or up to 75 or 100 images per second. Can do. The image capture period determines the allowable speed of the conveyor and hence the measurement throughput. For high throughput analysis, a high image capture period, such as at least 50 images per second, at least 100 or 120 images per second, is desirable. The software and control system of the present invention enables high-throughput analysis and, using current system configurations, at least about 100 objects per hour, preferably up to about 100 objects with a maximum width diameter (major axis) of less than 100 mm. It can be configured to analyze at least 200 rocks with a large diameter less than 100 mm per hour. However, if a longer object is placed parallel to the conveyor belt and the width of the object relative to the lateral direction of the belt is less than the width of the beam, such a long object can be analyzed. Accordingly, the feeder of the present apparatus is preferably configured to place the object on the conveyor with its longest axis along the direction of belt movement.

好ましい実施形態では、少なくとも2つの画像検出器が使用され、好ましくは、画像検出器は平面ビームの反射の画像を取り込むように構成され、検出器は、平面ビームに対して異なる角度から物体に対して向けられ、好ましくは、平面ビームの各側で1つずつ物体に対して向けられ、画像面のそれぞれが、コンベヤ・ベルトの方向に対して垂直であり平面ビームに対して平行な水平軸を有するように、配列される。換言すれば、検出器は、図1および図2に示されているように、一方がビームの前方で、他方がビームの反対側で、ベルトの方向と位置合わせされることが好ましい。   In a preferred embodiment, at least two image detectors are used, preferably the image detector is configured to capture an image of the reflection of the planar beam, and the detector is relative to the object from different angles relative to the planar beam. Preferably directed to the object, one on each side of the planar beam, with each of the image planes having a horizontal axis perpendicular to the direction of the conveyor belt and parallel to the planar beam Arranged to have. In other words, the detector is preferably aligned with the direction of the belt, one on the front of the beam and the other on the opposite side of the beam, as shown in FIGS.

本装置は更に、機器の機械的部分およびハードウェア部分を制御するためのコンピュータ・プログラムが格納されている処理手段と、取り込まれた画像を格納するためのメモリとを備える制御システムを備え、制御システムは、前記物体のサイズおよび形状を自動的に決定するために前記物体の一連の画像を処理するように適合され、アンギュラリティおよび形状を含めての、物体のサイズおよび形状、そして好ましくは試料物体の岩石学的組成を表すパラメータを返す。   The apparatus further comprises a control system comprising processing means in which a computer program for controlling the mechanical part and the hardware part of the device is stored, and a memory for storing the captured image. The system is adapted to process a series of images of the object to automatically determine the size and shape of the object, including the size and shape of the object, and preferably the sample, including angularity and shape Returns a parameter representing the petrological composition of the object.

本装置の一実施形態では、制御システムは、前記物体の一連の画像および結果的に得られた3次元表面画像をコンピュータ・プログラムに基づいて処理するように適合され、以下のパラメータのうちの1または複数のものを計算する。物体のサイズ:長軸、中間軸、短軸の長さ:伸長比および薄片比:形クラス:等価形指数(equivalent shape index):等価薄片指数(equivalent flakiness index):球形度、丸みまたはアンギュラリティ値および/またはクラス:複数の解析済み小片についてのパラメータのうちの1または複数のものの統計分布。   In one embodiment of the apparatus, the control system is adapted to process a series of images of the object and the resulting three-dimensional surface image based on a computer program, one of the following parameters: Or calculate multiple things. Object size: major axis, intermediate axis, minor axis length: elongation ratio and flake ratio: shape class: equivalent shape index: equivalent flake index: sphericity, roundness or angularity Value and / or class: Statistical distribution of one or more of the parameters for a plurality of analyzed pieces.

好ましい実施形態では、制御システムは、数学的形態学(モルフォロジ)アルゴリズムを実施して一連の画像を処理するように適合されて、丸みまたはアンギュラリティのパラメータおよび/またはクラスに相関される擬似体積損失値を計算する。   In a preferred embodiment, the control system is adapted to perform a mathematical morphology algorithm to process a series of images and is correlated with roundness or angularity parameters and / or classes pseudo volume loss Calculate the value.

岩石小片のアンギュラリティは、従来、パワーズ(Powers)によって最初に提案された、パワーズ(Powers)・スケール上の6つのカテゴリのうち1つを使用して記述されるものであり、6つのカテゴリにおいては、1は「非常に角張っている」、2は「角張っている」、3は「やや角張っている」、4は「やや丸い」、5は「丸い」、6は「非常に丸い」である(Powers,M.C.「A new roundness scale for sedimentary particles」Journal of Sedimentary Petrology(1953)、第23巻、117〜119頁)。   Rock piece angularity is traditionally described using one of six categories on the Powers scale, originally proposed by Powers, 1 is “very square”, 2 is “square”, 3 is “somewhat square”, 4 is “somewhat round”, 5 is “round”, and 6 is “very round” (Powers, MC "A new rounds scale for secondary particles" Journal of Secondary Petrology (1953), Vol. 23, pages 117-119).

本明細書でより詳しく述べられるように、アンギュラリティ・スケールは、本発明によるアンギュラリティ測定に基づくものと解釈することができる。このスケールは、「角の体積パーセント(% volume of angles)」の決定に基づくものとすることができ、この決定においては、Powersスケールに従って手動検査によって分類された場合と同様に物体を実質的に分類するための間隔を生み出すように、適切なカットオフ値を選択することができる。本発明者らは、本発明の装置および方法を用いて、手動検査による独立した分類に対する良好な統計的相関を用いて、Powersのアンギュラリティ定義に従って、小片を自動的に諸クラスに分類することが可能であることを、見出した。   As will be described in more detail herein, the angularity scale can be interpreted as being based on the angularity measurement according to the present invention. This scale may be based on the determination of “% volume of angles”, in which the object is substantially as if classified by manual inspection according to the Powers scale. Appropriate cut-off values can be selected to produce an interval for classification. We use the apparatus and method of the present invention to automatically classify pieces into classes according to Powers' angular definition, using good statistical correlation to independent classification by manual inspection. Found that it is possible.

モルフォロジ(形態)解析
本発明の好ましい実施形態の2カメラ・レーザ三角測量システムは、十分な表面カバレージを可能にし、小片の上半球の完全なモデルを効果的に提供する。従って、各小片は、図3に示されているように、オクルージョンおよびパースペクティブの効果(影響)のない距離画像(range image)として表すことができる。
Morphology Analysis The two-camera laser triangulation system of the preferred embodiment of the present invention enables sufficient surface coverage and effectively provides a complete model of the upper hemisphere of a piece. Thus, each piece can be represented as a range image without the effects of occlusion and perspective, as shown in FIG.

距離画像とグレイスケール・モルフォロジとの間には自然の類似点がある。レーザ三角測量を使用して収集され、距離画像で表された雲データは、事実上、K空間における自由面である。小片のモルフォロジを特徴付けるために、本発明者らは、可視表面の下の遮られた領域において物体が個体であると仮定する必要がある。K空間において関数f(x,y)として示されるグレイ・レベル画像は、グレイスケール・モルフォロジにおいて、K空間における点の集合[x,y,f(x,y)]と考慮される。本影部U[f]は下記のように定義することができる。 There are natural similarities between range images and grayscale morphology. Is collected using laser triangulation, cloud data represented by the distance image is a free surface in fact, K 3 space. In order to characterize the morphology of the pieces, we need to assume that the object is an individual in an obstructed area below the visible surface. Gray-level image represented in K 2 space function f (x, y) as is the gray scale morphology, a set of points in K 3 spaces [x, y, f (x , y)] to be considered. The main shadow portion U [f] can be defined as follows.

U[f]={p(x,y,z):z≦f(x,y)} (式1) U [f] = {p (x, y, z): z ≦ f (x, y)} (Formula 1)

従って、K空間における集合Xの本影部は、Xの影内に含まれる点の体積であり、この場合、光源は、正のz方向における無限距離にある点光源である(Stanley R.Sternberg、S.R.Grayscale Morphology CVGIP 35(1986)、333〜355頁)。これは、レーザ三角測量システムにおける照明の方向に対応し、従って、本影部は、レーザによって投じられる影と同じである。 Therefore, the main shadow portion of the set X in the K 3 space is the volume of the points included in the shadow of X. In this case, the light source is a point light source at an infinite distance in the positive z direction (Standley R., et al. Sternberg, SR Grayscale Morphology CVGIP 35 (1986), pages 333-355). This corresponds to the direction of illumination in the laser triangulation system, so the shadow is the same as the shadow cast by the laser.

次いで、グレイスケールの浸食(erosion)および拡張(dilation)は以下のように定義される。構造化エレメント(structuring element)gを用いた画像fの浸食は、構造化エレメントを画像の各点に移して、「差の最小」をとることを含む。従って下記のようになる。   Then gray scale erosion and dilation are defined as follows: Erosion of the image f using a structuring element g involves moving the structuring element to each point of the image and taking the “minimum difference”. Therefore, it becomes as follows.

Figure 2008512672
Figure 2008512672

同様に、グレイスケールの拡張については、本発明者らは、構造化エレメントを画像上の各点に移して、「和の最大」をとる。従って下記のようになる。   Similarly, for grayscale expansion, we move the structuring element to each point on the image and take the “maximum of sum”. Therefore, it becomes as follows.

Figure 2008512672
Figure 2008512672

これらの演算は、それらの標準的な形において、ノイズや局所的な強度の変動に対して極めて敏感である。これは、距離画像を扱うとき特に問題である。なぜなら、レーザ・スペックルによる何らかのインパルス・ノイズやポイント・オクルージョンが、処理結果に大きな影響を及ぼす可能性があるからである。ソフト・モルフォロジでは、拡張および浸食で使用される最大および最小の演算子が、より一般的な加重順序統計量(weighted order statistics)で置き換えられる。構造化エレメントは「ハード」中心と「ソフト」境界からなり、この中心は、演算に対して、境界よりも大きい影響を及ぼすように加重される。従って、本発明者らは、A⊂Bである有限集合AおよびB、ならびに1≦k≦|B|を満たす自然数kの3つのパラメータからなる構造化システム[B,A,k]を定義する。Bは構造化集合であり、Aはそのハード中心であり、kはその次数指数または反復パラメータである。本発明者らは、集合のk番目の最小メンバとk番目の最大メンバとをそれぞれmin(k)とmax(k)とで表し、Koskinen(コスキネン)その他によって使用された慣例に即して(Koskinenその他、Soft Morphological Filters Proceedings of SPIE(1991)、第1568巻、262〜270頁)、本発明者らは、反復演算を示すために<>を使用する。 These operations, in their standard form, are extremely sensitive to noise and local intensity variations. This is a particular problem when working with distance images. This is because some kind of impulse noise or point occlusion due to laser speckles may greatly affect the processing result. In soft morphology, the maximum and minimum operators used in dilation and erosion are replaced with more general weighted order statistics. The structuring element consists of a “hard” center and a “soft” boundary, which is weighted to affect the operation more than the boundary. Therefore, the inventors define a structured system [B, A, k] consisting of a finite set A and B, A⊂B, and three parameters of a natural number k satisfying 1 ≦ k ≦ | B |. . B is a structured set, A is its hard center, and k is its degree index or iteration parameter. We represent the k-th minimum member and the k-th maximum member of the set as min (k) and max (k) , respectively, in accordance with the convention used by Koskinen et al. ( Koskinen et al., Soft Morphological Filters Proceedings of SPIE (1991), 1568, 262-270), we use <> to indicate iterative operations.

次いで、構造化システム[B,A,k]を用いた画像fのソフト浸食は、下記の式によって最も良く定義される。   The soft erosion of image f using the structured system [B, A, k] is then best defined by the following equation:

Figure 2008512672
Figure 2008512672

同様に、[B,A,k]によるfのソフト拡張は、下記のように定義される。   Similarly, the soft extension of f by [B, A, k] is defined as follows:

Figure 2008512672
Figure 2008512672

適切な構造化エレメントを注意深く選択することが、モルフォロジカル演算の有効性にとって重要である。本発明による物体の解析では、構造化エレメントは、どの点においても、小片の方向および小片表面の傾斜の双方に対して不変であることを必要とする。また、形態的な開き(morphological opening、モルフォロジカル・オープニング)は、結果として、十分に丸い表面を有する小片において、体積の最小限の損失となるべきである。これらの制約下では、適切にサイズ決めされた球体が、理想的な選択である。この場合も、これが距離画像として表される。この手法を使用したとき、実際には、本物の連続的な球体ではなく、半球体に対する不連続の近似が使用される。半球体の表面を表すグレイ値を用いた構造化エレメントを使用して、グレイスケール画像に形態的な開きまたは閉じ(closing、クロージング)を適用することは、ローリング・ボール(rolling ball、ころがるボール)変換として一般に知られており、これは、標準的な強度画像における不連続を滑らかにするためおよびノイズを除去するための手段としてSternberg(前記文献)によって最初に述べられたものである。   Careful selection of appropriate structuring elements is important for the effectiveness of morphological operations. In the analysis of an object according to the invention, the structuring element needs to be invariant to both the direction of the piece and the inclination of the piece surface at any point. Also, a morphological opening should result in minimal loss of volume in a piece with a sufficiently round surface. Under these constraints, a properly sized sphere is an ideal choice. Again, this is represented as a distance image. When using this approach, in practice, a discontinuous approximation to the hemisphere is used rather than a real continuous sphere. Applying a morphological closing or closing to a grayscale image using a structuring element with gray values representing the surface of the hemisphere is a rolling ball. Commonly known as a transform, this was first described by Sternberg (supra) as a means to smooth discontinuities in standard intensity images and to remove noise.

この手法は、以下のように説明することができる。モルフォロジカル・クロージングの場合、画像において存在するグレイ・レベルによって記述される3次元面の上でボールを転がすことを想像してみる。表面が、比較的曲率の小さい滑らかなものである場合、ボールは、あらゆる点で表面と接触することになる。しかし、ボールは、狭い穴または溝内の表面点、即ち、凹部の曲率が球体の曲率を超える所に含まれる表面点とは、接触しないことになる。得られる関数は、ボールがたどることができる経路の和集合、あるいはより具体的には、表面上のあらゆる点に対する球状構造化エレメントの変換の和集合である。すなわち、表面内の何れの狭い穴や溝も「閉じられている(closed)」。同様に、モルフォロジカル・オープニングは、3次元表面の下側でボールを転がすこととして、視覚化することができる。この場合、この手順に関して失われるのは、鋭い縁部や隅部などのような曲率の高い突起である。これは図5に示されている。横断面として示されている元の表面が、図5aで見られる。次いで、変換が適用される(図5b)。球体によってアクセスすることができない表面上の任意の点が削除される(図5c)。   This technique can be explained as follows. In the case of morphological closing, imagine rolling a ball over a three-dimensional surface described by the gray levels present in the image. If the surface is smooth with a relatively small curvature, the ball will come into contact with the surface at every point. However, the ball will not contact surface points in narrow holes or grooves, i.e. surface points contained where the curvature of the recess exceeds the curvature of the sphere. The resulting function is the union of the paths that the ball can follow, or more specifically the union of the transformations of the spherical structuring elements for every point on the surface. That is, any narrow holes or grooves in the surface are “closed”. Similarly, morphological opening can be visualized as rolling the ball under the three-dimensional surface. In this case, what is lost with this procedure is a high curvature protrusion such as a sharp edge or corner. This is illustrated in FIG. The original surface, shown as a cross section, can be seen in FIG. 5a. A transformation is then applied (FIG. 5b). Any points on the surface that are not accessible by the sphere are deleted (FIG. 5c).

これに基づいて、本発明者らは、適切にサイズ決めされた球状構造化エレメントを使用しての、小片の距離画像のオープニングは、異なるアンギュラリティ・クラス間での区別を行う手段を提供できることを主張するみのであり、この区別は、単に、この手順による体積損失(volume lost)(「角の体積(volume of angles)」)の比率を解析することによって提供できる。これは、各小片を「十分に丸い」状態へと縮小することによって、砂および砂礫などの岩石小片を丸くする自然の摩耗工程が効果的にシミュレーションされる。本発明者らは、この場合、構造化エレメントの境界が中心に対して等しい影響を及ぼすべきであり、従って、式(4)および(5)に関してA=Bであることを提案したい。次いで、ランク・パラメータkは、距離画像におけるノイズの予想されるレベルに従って選択することができる。   Based on this, we can use the appropriately sized spherical structuring element to open a small range image that can provide a means to distinguish between different angular classes. This distinction can be provided simply by analyzing the ratio of volume lost ("volume of angles") by this procedure. This effectively simulates the natural wear process of rounding rock pieces such as sand and gravel by reducing each piece to a “sufficiently round” state. We want to propose that in this case the boundary of the structuring element should have an equal influence on the center and therefore A = B with respect to equations (4) and (5). The rank parameter k can then be selected according to the expected level of noise in the range image.

この手法による区別の能力は、明らかに、使用される球状構造化エレメントの直径を注意深く選択することに大きく依存することになる。実際、手動の岩石学的分類のために提案されている元の方法は、小片のサイズに対してアンギュラリティを規定する。概して権威があるとみなされており且つ広く使用されているPowersスケール(Powers、前記文献)が導出された基であるWadell(ワデル)(Wadell,H.「Volume,shape and roundness of quartz particles」、Journal of Geology(1935)、第43巻、250〜280頁)によって使用された手法は、2次元粒状画像の隅部の平均半径を最大内接円の半径によって除算することを含む。典型的な骨材試料が非常に異なるサイズの小片を含む可能性があることを考えると、構造化エレメントのサイズは、解析される小片のサイズに従って動的に選択するべきであるように思われる。しかし、更なる考察により、本発明者らは、球状構造化エレメントの使用に疑問を呈している。最初に、画像面に対して直交する寸法として考慮される小片の高さは、絶対体積損失に対して影響を及ぼさない。より大きな高さを比例的に有する小片は、比例的にはあまり体積を失わない。これに加えて、ある隅部のアンギュラリティは、従来、所与の投射における最大内接円に関して測定される(Wadell、前記文献)。しかし、ある投射に対しての好適な比率の球体が、別の投射にとって不適切となる可能性がある。従って、小片の伸長比および平坦比に伴う偏りを除去するために、本発明者らは、球状構造化エレメントを、解析を受ける小片の縦横比と同じ縦横比を有する楕円と置き換える。構造化エレメントの諸軸は、この手順中、常に小片の諸軸と位置合わせされて維持され、任意の2次元投射からの比例が維持されることを保証する。   Obviously, the ability to discriminate by this approach will largely depend on careful selection of the diameter of the spherical structuring element used. In fact, the original method proposed for manual petrological classification defines angularity for the size of the pieces. Wadell (Wadell, H. “Volume, shape and roundness of quartz particles”, from which the Powers scale (Powers, supra), which is generally regarded as authoritative and widely used, is derived. The technique used by Journal of Geology (1935), 43, 250-280) involves dividing the average radius of the corners of a two-dimensional granular image by the radius of the largest inscribed circle. Given that typical aggregate samples can contain very different sized pieces, the size of the structuring element seems to be chosen dynamically according to the size of the piece being analyzed. . However, with further considerations, the inventors have questioned the use of spherical structured elements. Initially, the height of the piece considered as a dimension orthogonal to the image plane has no effect on absolute volume loss. Pieces having a proportionally higher height do not lose much volume proportionally. In addition to this, the angularity of a corner is conventionally measured with respect to the maximum inscribed circle in a given projection (Wadell, supra). However, a suitable ratio of spheres for one projection may be inappropriate for another projection. Therefore, to remove the bias associated with the stretch ratio and flatness ratio of the pieces, we replace the spherical structuring element with an ellipse having the same aspect ratio as that of the piece being analyzed. The axes of the structured element are always kept aligned with the axes of the piece during this procedure, ensuring that the proportionality from any two-dimensional projection is maintained.

骨材小片の寸法は、基礎的な特性として見られ、当然のごとく決定されるので、同様の比率の構造化エレメントを適応的に生成することは簡単である。実験によって、本発明者らは、小片の半軸の長さの1/6の半軸を有する構造化エレメントで、最適な結果が得られることを見出した。解析される小片と同じ縦横比を有するが別の比例定数を有する構造化エレメントを使用することができることも企図され、例えば、例えば、約1/4、約1/5、約1/7、約1/8などのような小片の軸の1/4から1/10の範囲などのような、約1/3から1/10の範囲内の値を有する半軸を有する構造化エレメントを使用することも企図される。図6は、取り込まれた距離画像から導出された3つの小片の断面を示す。外側の線は元の境界を表し、内側の線は、モルフォロジカル・オープニング後の境界を表す。図6aは、十分に丸い小片からとられたものである。境界は、実質上変化しないままであり、体積損失は無視できることがわかる。   Since the size of the aggregate piece is seen as a fundamental characteristic and is determined as a matter of course, it is easy to adaptively generate a similar proportion of structured elements. By experimentation, the inventors have found that optimal results are obtained with a structured element having a half axis that is 1/6 of the length of the half axis of the piece. It is also contemplated that a structured element having the same aspect ratio as the piece being analyzed but having another proportionality constant can be used, for example, about 1/4, about 1/5, about 1/7, about Use a structured element with a semi-axis having a value in the range of about 1/3 to 1/10, such as a range of 1/4 to 1/10 of the axis of the piece, such as 1/8. It is also contemplated. FIG. 6 shows a cross section of three pieces derived from the captured range image. The outer line represents the original boundary and the inner line represents the boundary after the morphological opening. FIG. 6a is taken from a sufficiently round piece. It can be seen that the boundary remains substantially unchanged and the volume loss is negligible.

図6に示されているものなどの断面を見たとき、体積損失は、必ずしも可視のプロフィールに対応しないことに留意されたい。例えば、図6cでは、プロフィールの左側下の体積損失は、この投射において見えない隅部に対応する。   Note that when looking at a cross-section such as that shown in FIG. 6, the volume loss does not necessarily correspond to a visible profile. For example, in FIG. 6c, the volume loss below the left side of the profile corresponds to a corner that is not visible in this projection.

テキスチャ(質感)解析
上述のように獲得される画像はまた、小片の、より細かいテキスチャ(粗さ)を、また好ましくは、中間テキスチャ(多孔性、porosity)をも決定するために使用することができる。これは、画像における小片の縁部の少なくとも一部分、またはその小片の上半球を横切るプロフィルを解析することによって、容易に達成され、縁部の粗さ(波状)により、表面の細かいテキスチャ(滑らか/粗い)が示されることになる。
Texture analysis The image acquired as described above can also be used to determine the finer texture (roughness) of the piece, and preferably also the intermediate texture (porosity). it can. This is easily accomplished by analyzing the profile across at least a portion of the edge of the piece in the image, or across the upper hemisphere of the piece, and the roughness (wavy) of the edge causes a fine texture (smooth / Coarse) will be shown.

吸光度/反射率の測定および分類
本装置の有用な実施形態は、可視光および/または赤外光のビームを送る光源と、物体の照明されたスポットからの前記ビームの反射を検出し、可視および/または赤外の吸光度または反射のスペクトルを測定するための分光測光検出器とを備え、制御システムは、前記スペクトルを処理するように、また、前記スペクトルを、基準材料に基づく基準スペクトルおよび/またはスペクトル値と比較して、鉱物および岩石の小片ならびに同様の物体の型および/または変形型の所定のクラス体系に従って前記物体を分類するように、適合される。それにより、本発明の装置および方法は、所定の分類システムに従って、岩石試料、骨材などを自動的に分類することが可能である。
Absorbance / Reflectivity Measurement and Classification A useful embodiment of the device detects a reflection of the beam from a light source that sends a beam of visible and / or infrared light and an illuminated spot of the object, and And / or a spectrophotometric detector for measuring an infrared absorbance or reflection spectrum, wherein the control system is adapted to process the spectrum and to convert the spectrum into a reference spectrum based on a reference material and / or Compared to the spectral values, it is adapted to classify said objects according to a predetermined class system of mineral and rock pieces and similar object types and / or variants. Thereby, the apparatus and method of the present invention can automatically classify rock samples, aggregates, etc. according to a predetermined classification system.

本装置は、欧州規格EN932−3に述べられている分類システムに従って試料を分類することができることが好ましく、それにより、より一般的なクラスの少なくとも10個、好ましくは前記クラスの少なくとも15個や20個を表す試料物体を自動的に決定する。   The apparatus is preferably capable of classifying samples according to the classification system described in European standard EN932-3, so that at least 10 of the more general classes, preferably at least 15 and 20 of the classes mentioned above. A sample object representing an individual is automatically determined.

分類システムは、岩石タイプを下記のようにグループ分けする。
深成火成岩(plutonic igneous rock):花崗岩、閃長岩、花崗閃緑岩、閃緑岩、斑れい岩; 半深成火成岩(hypabyssal igneous rock):粗粒玄武岩、輝緑岩; 噴出火成岩(火山岩):流紋岩、粗面岩、安山岩、石英安山岩、玄武岩; 堆積岩(それらの起源に基づいて2つのグループに分けられる): 砕屑岩:砂岩、礫岩、角礫岩、花崗砂岩、グレイワッケ、珪岩、頁岩(シルト岩); 非砕屑岩、化学岩および生物源岩:石灰岩、チョーク、苦灰岩、チャー; 変成岩:角閃岩、片麻岩、グラニュライト、ホルンフェルス、方解石/ドロマイト大理石(calcitic/dolomitic marble)、珪岩、蛇紋石、片岩、粘板岩、マイロナイト。
The classification system groups rock types as follows:
Plutonic igneous rock: granite, syenite, granodiorite, diorite, gabbro; semi-deep igneous rock: coarse grain basalt, diorite; eruptive igneous rock (volcanic rock): Rhyolite, rough rock, andesite, quartz andesite, basalt; sedimentary rocks (divided into two groups based on their origin): clastic rocks: sandstone, conglomerate, breccia, granite rock, gray wacke, quartzite Non-clastic rocks, chemical rocks and biogenic rocks: limestone, chalk, dolomite, char; metamorphic rocks: amphibolite, gneiss, granulite, hornfels, calcite / dolomitic marble marble), quartzite, serpentine, schist, slate, mylonite.

本発明の装置および方法は、任意の所与の試料物体を上記のクラスの何れか1つに分類することが可能であることが非常に好ましいが、幾つかの実際上の応用では、幾つかの主クラス、即ち、上記のクラスのうちの1または複数をそれぞれが含むことができ、その含まれるクラスの試料は同様の骨材特性を有するので産業用/建設用に使用するためには区別することを必要としないものである、幾つかの主クラスを容易に決定することが非常に有用となる。   While it is highly preferred that the apparatus and method of the present invention be able to classify any given sample object into any one of the above classes, in some practical applications, Each of which can contain one or more of the above classes, the included classes of samples having similar aggregate properties so that they are distinct for use in industrial / construction. It would be very useful to easily determine several main classes that do not need to be done.

スペクトルの解析および基準のスペクトルおよび/値に対する比較に関して、統計分類子を使用する統計的方法を使用する手法またはニューラル・ネットワークを使用する手法の2つの主要な手法が好ましい。   For the analysis of the spectrum and the comparison to the reference spectrum and / or values, two main approaches are preferred: an approach using a statistical method using a statistical classifier or an approach using a neural network.

ニューラル・ネットワークは、それらの基本単位、いわゆるニューロンの相互接続された網からなる。ニューロンは、R個の異なる値を含む情報ベクトルを受け取り、各値pを個々の重みwで乗算する。これらの積の和、即ち、pベクトルおよびwベクトルのドット積(おそらくはそれにバイアスbを加えたもの)が、出力値aを返すニューロンの伝達関数fへの入力である。ネットワークは、実際の試料解析を行う前に「トレーニング」され、このトレーニングの産物は、未知の試料についての入力値が与えられたときに正しい値、即ち、クラス番号を返すことを期待することができる、調整された重みの集まりである。 Neural networks consist of interconnected networks of their basic units, so-called neurons. The neuron receives an information vector containing R different values and multiplies each value p i by an individual weight w i . The sum of these products, the dot product of the p and w vectors (possibly plus the bias b), is the input to the transfer function f of the neuron that returns the output value a. The network is “trained” before performing the actual sample analysis, and the product of this training can expect to return the correct value, ie the class number, given the input value for the unknown sample. A collection of adjusted weights that can be made.

本発明者らは、本発明の方法において、ウェーブレット手法を使用する統計的方法を適用することが有用であることを見出した。ウェーブレットは、適切なローカル特性を有し、高次元データの統計的モデル化にとって適切であることが判明している。一実施形態では、2つのバニシング・モーメント(vanishing moment)を有するDaubechies(ドブシー)のウェーブレットが使用される。分類精度は、それぞれの基準試料物体の様々な位置からの幾つかの測定を使用することによって、改善することができる。そのような平均の測定の場合、クラス・メンバーシップの高信頼性の予測を、ウェーブレットを使用することによって容易に導出することができる。   The inventors have found that it is useful to apply a statistical method using the wavelet method in the method of the present invention. Wavelets have suitable local properties and have been found suitable for statistical modeling of high-dimensional data. In one embodiment, Daubechies wavelets with two vanishing moments are used. Classification accuracy can be improved by using several measurements from various locations of each reference sample object. For such average measurements, a reliable prediction of class membership can be easily derived by using wavelets.

可視および赤外の光源は、好ましくは約340から約1200nmなどのような、約340から約4000nmの波長範囲を含む可視および赤外の光を提供することが好ましく、前記の範囲を検出する好適な検出器が選択される。   The visible and infrared light sources preferably provide visible and infrared light comprising a wavelength range of about 340 to about 4000 nm, such as preferably about 340 to about 1200 nm, and suitable for detecting said range The correct detector is selected.

好適な分光光度検出器は当業者なら容易に選択することができ、例えば、好適な波長範囲内にある光を提供するように選択することができる好適な光源を供給するAvantse(オランダ、エーアベーク)からのAvaSpec分光光度計などがある。   Suitable spectrophotometric detectors can be readily selected by those skilled in the art, for example, Avantse (Aerbeek, The Netherlands), which provides a suitable light source that can be selected to provide light in a suitable wavelength range. From AvaSpec spectrophotometer.

分光解析に関する本発明の新規の態様は、独立型の実施形態として実施することができること、即ち、物体の分光解析や本明細書に述べられている自動岩石解析のための必要な上述の特徴を備える装置として実施することができることに、留意されたい。そのような装置は、概して、好ましくは上述の実施形態について述べられているような好適なフィーダおよびコンベヤと、可視光および/または赤外光のビームを提供する光源と、上述のように、前記物体の照明されたスポットからの前記ビームの反射を順次検出し、可視および/または赤外の吸光度または反射のスペクトルを測定するための分光光度計検出器とを備え、本装置は、本明細書で更に詳しく述べられているように、スペクトル解析、および基準スペクトル/値との比較のための制御システムを有する。   The novel aspects of the present invention relating to spectroscopic analysis can be implemented as a stand-alone embodiment, i.e., the necessary features described above for spectroscopic analysis of objects and automatic rock analysis as described herein. It should be noted that it can be implemented as a device comprising. Such an apparatus generally comprises a suitable feeder and conveyor, preferably as described for the above-described embodiments, a light source providing a beam of visible and / or infrared light, and as described above, A spectrophotometer detector for sequentially detecting the reflection of the beam from an illuminated spot of an object and measuring a visible and / or infrared absorbance or reflection spectrum, the apparatus comprising: As described in more detail in, with a control system for spectral analysis and comparison with a reference spectrum / value.

本発明は、上述の他の態様において、上記で規定されている試料物体の自動解析のために本明細書で述べられている画像データの自動解析のための、本明細書で述べられている方法におけるデータ解析を実施するため、および好ましくは、データ獲得を制御するためのコンピュータ・プログラム製品を提供する。本コンピュータ・プログラム製品は、コンピュータにロードされ実行されたときに、コンピュータ・プロセッサに下記のようにすることを命令する命令手段を含む。   The present invention, in another aspect described above, is described herein for automatic analysis of image data as described herein for automatic analysis of sample objects as defined above. A computer program product for performing data analysis in the method and preferably for controlling data acquisition is provided. The computer program product includes instruction means for instructing a computer processor to do the following when loaded and executed on a computer.

− 所定の速度で移動する物体の流れの方向を横切って照らす平面コヒーレント・ビームの反射の順次の画像を、最小の所定の頻度で取り込むように構成された少なくとも2つの画像検出器から、入力データを受け取り、
− 前記物体のサイズを示すデータと、前記物体を表す3次元表面データ、または輪郭マップおよびトポグラフ・データを得るために、各物体の前記画像を格納し、画像を処理し、
− 得られた前記のデータに基づいて、前記物体についての1または複数のサイズ・パラメータおよび形状パラメータを決定するようし、前記形状パラメータは、小片が長いものおよび/または平坦なものであるかどうかを示す形状のパラメータおよび/または分類と、アンギュラリティ/丸みのパラメータおよび/または分類とを含む。
Input data from at least two image detectors configured to capture a sequential image of reflections of a planar coherent beam that illuminates across the direction of flow of an object moving at a predetermined speed with a minimum predetermined frequency; Receive
-Storing the image of each object, processing the image to obtain data indicating the size of the object and three-dimensional surface data representing the object, or contour map and topographic data;
-Determining one or more size and shape parameters for the object based on the obtained data, wherein the shape parameter is whether the piece is long and / or flat; Shape parameters and / or classifications, and angularity / roundness parameters and / or classifications.

本コンピュータ・プログラム製品は、上述の解析方法およびモルフォロジカル・アルゴリズムの何れかのものまたは全てを使用することが好ましい。
幾つかの実施形態では、本コンピュータ・プログラム製品は、実質的に別個のユニットに分離することができる。即ち、データ獲得および測定装置の制御(コンベヤ速度、検出器などの校正)用の1つのユニットと、データ解析およびデータ・プレゼンテーションのために別のコンピュータで動作することができる別のユニットとに、分離することができる。
The computer program product preferably uses any or all of the analysis methods and morphological algorithms described above.
In some embodiments, the computer program product can be separated into substantially separate units. That is, one unit for data acquisition and measurement device control (conveyor speed, calibration of detectors, etc.) and another unit that can run on another computer for data analysis and data presentation, Can be separated.

有用な実施形態では、本コンピュータ・プログラム製品は更に、物体について上述のように岩石学的または他の組成の情報を決定するために、上述のようにそれぞれの物体について得られた可視および/またはIRスペクトル・データを入力し、本明細書で述べられている方法に従って解析するように、適合される。好ましくは、前記の情報は、上記で更に詳しく述べられているように、岩石学的な岩石タイプおよび/または変形物の所定のクラス系統に従った前記物体の分類を含む。   In useful embodiments, the computer program product further includes visual and / or obtained for each object as described above to determine petrological or other compositional information as described above for the object. The IR spectral data is input and adapted to be analyzed according to the methods described herein. Preferably, the information includes a classification of the object according to a predetermined class system of petrological rock types and / or variants, as described in more detail above.

本発明は、本明細書および図の特定の開示に限定されず、また、添付の特許請求の範囲内での変更をも包含する。例えば、分光測定のために本明細書で指定されているものと異なる光の波長や異なるレンズや反射プローブを有すること、表面のテキスチャ特性および色に関する追加情報を得るための追加のカメラを有すること、測定後および測定結果に従って物体を選り分けるためのシステムを有すること、コンベヤに対して物体を入れること及びコンベヤから物体を出すことを制御するための異なるタイプのフィーダおよびシステムを有すること、測定のために位置合わせした物体の列を1つより多くすることなどが可能である。また、本発明の機器は、他の材料などのサイズ、形状、組成の測定のために使用することができ、例えば、鉱石、ドリルされたコア(drilled core)標本または破砕物(crushing)、魚類の耳石(otolith in fish)、リサイクルされた建築材料、工業鉱物、装飾用石材、チッピング(chipping)、金属鉱物および合金のようなものの測定のために使用することができる。   The invention is not limited to the specific disclosure herein and includes modifications within the scope of the appended claims. For example, having different light wavelengths, different lenses or reflective probes than those specified here for spectroscopic measurements, and having an additional camera to obtain additional information on surface texture properties and colors Having a system for sorting objects after measurement and according to measurement results, having different types of feeders and systems for controlling the entry of objects into and out of the conveyor, For this reason, it is possible to increase the number of aligned object rows to more than one. The instrument of the present invention can also be used to measure the size, shape, composition of other materials, such as ores, drilled core specimens or crushed, fish It can be used for the measurement of things like otoliths, recycled building materials, industrial minerals, decorative stones, chipping, metal minerals and alloys.

実施例
実施例1: サイズ、形状、アンギュラリティの解析の部分のプログラムのためのガイド
プログラム構造が、図2に線図で示されている。以下のセクションでは、ソフトウェア実施形態の初期バージョンの各セクションの役割および機能について簡単に述べる。
Examples Example 1: A guide program structure for a program of size, shape, angularity analysis part is shown diagrammatically in FIG. The following sections briefly describe the role and function of each section of the initial version of the software embodiment.

カメラ1の校正. 単一のフレームが取り込まれる。画像の各コラム(列)について、最も明るい画素(理論的には、レーザ・ラインの中央に対応する)が突き止められる。画素の強度が「最小強度」(レーザ・ラインのものである可能性のある画素と、背景光レベルに対応する画素とを区別するために使用される)を超えたとき、その点での高さを計算するために、「三角測量アルゴリズムsubVI」が呼び出される。従って、高さ値の1Dアレイが、そのフレームについて生成される。ベルトの高さとするために、中央値がとられる。これは、後続の三角測量計算すべてにおいて、基準値として使用される。   Calibration of camera 1. A single frame is captured. For each column of the image, the brightest pixel (theoretically corresponding to the center of the laser line) is located. When the intensity of a pixel exceeds the “minimum intensity” (used to distinguish between a pixel that may be of the laser line and a pixel that corresponds to the background light level), the high at that point In order to calculate the length, the “triangulation algorithm subVI” is called. Thus, a 1D array of height values is generated for that frame. A median is taken to give the belt height. This is used as a reference value in all subsequent triangulation calculations.

中央値がとられるのは、画像フレーム内の列の大部分をレーザ・ラインによってカバーするべきであるためである。従って、中央値を選択することは、遮られたラインに対応する高さ値を選ばないことを意味する。更に、塵などによって引き起こされるアウトライアーも除外する。   The median is taken because the majority of the columns in the image frame should be covered by the laser line. Therefore, selecting the median means that the height value corresponding to the blocked line is not selected. In addition, outliers caused by dust and the like are also excluded.

カメラ2の校正. カメラ1について上述したものと同じ手順。
「状態機械」
状態0: 「ストップ」コマンドに応答する。画像を閉じる、メモリをクリアする、など。
Calibration of camera 2. Same procedure as described above for camera 1.
"State machine"
State 0: Responds to a “stop” command. Close image, clear memory, etc.

状態1(初期状態): カメラ1からフレームを継続的に獲得する(動く方向と平行)。各フレームにおける遮られたラインの数を計数するために、「オクルージョン・ベースの小片検出手段subVI」を呼び出す。遮られたラインの数が「オクルージョン・トリガ・レベル」を超え、接近する小片がカメラからレーザ・ラインを遮りつつあることを示す場合、システムは状態2へと移る。停止が押されたときには、システムは状態0へ移る。   State 1 (initial state): Frames are continuously acquired from the camera 1 (parallel to the moving direction). In order to count the number of obstructed lines in each frame, the “occlusion-based piece detection means subVI” is called. If the number of occluded lines exceeds the “occlusion trigger level”, indicating that an approaching piece is blocking the laser line from the camera, the system moves to state 2. When stop is pressed, the system moves to state 0.

状態2(データを獲得): 両方のカメラからフレームを継続的に獲得する。高さデータのアレイを生成するために、「校正済み三角測量subVI」を呼び出す。各カメラから生成された高さデータをマージするために、「ラインをマージするsubVI」を呼び出す。このルーチンは、ブール・ラッチ(Boolean latch)を使用して、システムが岩石の表面からデータを獲得するのを開始したとき(即ち、「校正済み三角測量subVI」によって返された高さ値が最小高さ閾値を超えたとき)にそれを示す。これは、最初は偽に設定され、正の高さ値が返されたとき直ちに真へとラッチされる。   State 2 (Acquire Data): Acquire frames continuously from both cameras. Call “calibrated triangulation subVI” to generate an array of height data. In order to merge the height data generated from each camera, “subVI to merge lines” is called. This routine uses a Boolean latch when the system starts to acquire data from the rock surface (ie, the height value returned by "calibrated triangulation subVI" is minimal). This is indicated when the height threshold is exceeded. This is initially set to false and is latched true immediately when a positive height value is returned.

停止基準1: ラッチが、所定のラインの数(「最大非活動ライン」制御)を超えて偽のままである場合、明らかにレーザの下に小片がなく、トリガが偽となっていたに違いない。この場合には、ルーチンは、データを獲得を停止して状態1へ戻る。   Stop criteria 1: If the latch remains false beyond a certain number of lines ("maximum inactive line" control), there must be clearly no piece under the laser and the trigger is false Absent. In this case, the routine stops acquiring data and returns to state 1.

停止基準2: ラッチがトリガされ(即ち、真に設定)ているが、何れのカメラも正の高さ値をも取り込んでいない場合、これは小片の終了を示すものであるはずである。しかし、これは、オクルージョン中間小片によって引き起こされたものである可能性があるため、ある程度の許容範囲を許す必要がある。従って、1対のフレームが取り込まれるごとにこれらの条件が満たされると、カウンタが増分される。その後に、どちらかのカメラが正の高さデータを獲得した場合、カウンタはゼロにリセットされる。カウンタが所定の値(「猶予カウント」)を超えた場合、システムは獲得を停止して状態3へ進む。   Stop Criteria 2: If the latch is triggered (i.e. set to true), but no camera has captured a positive height value, this should indicate the end of the piece. However, this may be caused by an occlusion middle piece, so some tolerance should be allowed. Thus, the counter is incremented when these conditions are met each time a pair of frames are captured. Thereafter, if either camera acquires positive height data, the counter is reset to zero. If the counter exceeds a predetermined value (“grace count”), the system stops acquiring and proceeds to state 3.

停止基準3: 停止ボタンが押された場合はいつでも、システムが直接に状態0へと切り替わる。   Stop criteria 3: The system switches directly to state 0 whenever the stop button is pressed.

停止基準4: 獲得エラーが発生した場合はいつでも、システムは獲得の停止して、ユーザに対してプロンプトを示す。   Stop Criteria 4: Whenever an acquisition error occurs, the system stops acquiring and prompts the user.

この状態において「最小獲得済みライン」(ユーザ制御)より少ないラインが獲得された場合、システムは、状態3ではなく状態1へ戻ることになる。これは、小片が、処理するには小さすぎることを示す。   If fewer lines are acquired in this state than "Minimum Acquired Lines" (user control), the system will return to State 1 instead of State 3. This indicates that the piece is too small to process.

状態3(距離画像を処理する): この状態は、アレイ・フォーマットのマージされた距離画像(range image)を入力としてとり、小片の特性を定量化するために必要なすべてのsubVI(サブ「virtual instruments(仮想機器)」と呼ばれるサブルーチン(National Instruments社からのLabviewソフトウェア環境を参照))を呼び出す。また、ユーザが小片を横切る任意の高さプロフィルを選択して見るためのオプションもあり、これは、デバイスをセット・アップして診断を実施するときに有用となり得る。   State 3 (Process Range Image): This state takes as input the merged range image of the array format and takes all the subVIs (sub “virtual” needed to quantify the properties of the pieces. a subroutine called "instruments (virtual device)" (see Labview software environment from National Instruments)). There is also an option for the user to select and view any height profile across the piece, which can be useful when setting up the device to perform a diagnosis.

subVIに対するガイド
オクルージョン・ベースの小片検出手段subVI: このVIは、レーザ・ラインへ近づく岩石の存在を検出するために使用される。これは、動く方向に面するカメラによって見られるレーザ・ラインの画像(アレイ・フォーマットのもの)を監視することによって機能する。画像の各列について、最も明るい画素が突き止められる。特定の列内の最も明るい画素の強度が「最小強度」(ユーザによって決定される閾値)より小さい場合、その列は、遮られていると言われる。従って、カメラによって取り込まれた各フレームについて、このVIは、遮られた列の数を返す。
Guide to subVI Occlusion-based chip detection means subVI: This VI is used to detect the presence of rocks approaching the laser line. This works by monitoring a laser line image (in array format) seen by a camera facing the direction of motion. For each column of the image, the brightest pixel is located. If the intensity of the brightest pixel in a particular column is less than the “minimum intensity” (a threshold determined by the user), the column is said to be blocked. Thus, for each frame captured by the camera, this VI returns the number of occluded columns.

三角測量アルゴリズムsubVI: このソフトウェア部分は、一つの画像点の空間座標を計算するアルゴリズムを実装する。入力は、f(カメラ・レンズの焦点距離、単位はmm)、d(カメラ軸に沿って測定されたレンズの中心とコンベヤ・ベルトの間の距離、単位はmm)、シータ(三角の角度(triangulation angle)、単位は度)、j(デフォルトにより画像の左上から測定された、垂直方向での画素座標)、i(デフォルトにより画像の左上から測定された、水平方向での画素座標)、カメラ・センサ・パラメータ(物理的な寸法、単位はmmおよび画素数)である。このVIは、点のyおよびz座標を返し、x座標は、コンベヤ・ベルトの位置によって決定される。   Triangulation algorithm subVI: This software part implements an algorithm to calculate the spatial coordinates of one image point. Inputs are f (focal length of camera lens, unit is mm), d (distance between center of lens measured along camera axis and conveyor belt, unit is mm), theta (triangle angle ( triangulation angle (unit: degrees), j (pixel coordinates in the vertical direction, measured from the upper left of the image by default), i (pixel coordinates in the horizontal direction, measured from the upper left of the image by default), camera Sensor parameters (physical dimensions, units are mm and number of pixels). This VI returns the y and z coordinates of the point, the x coordinate being determined by the position of the conveyor belt.

校正済み三角測量subVI: これは、単一画像フレーム(アレイ・フォーマット)を取って、「重心」技法を使用して各列におけるレーザ・ラインの中心を突き止める。次いで、このVIは、突き止められた各ピーク値に対して「三角測量アルゴリズムsubVI」を呼び出し、1ラインの高さデータを返す。   Calibrated triangulation subVI: This takes a single image frame (array format) and locates the center of the laser line in each column using the “centroid” technique. Next, this VI calls the “triangulation algorithm subVI” for each identified peak value and returns one line of height data.

ラインをマージするsubVI: これは、2つのカメラのそれぞれについて「校正済み三角測量subVI」によって生成された2ラインの高さデータを取って、それらをマージして単一ラインの高さデータを生成する。このVIを実行する前に、ラインの一方を逆転しなければならず(2つのカメラは、対向する方向を指す)、ラインは、各直線アレイの特定のエレメントが同じ空間位置に対応するように、位置合わせさせなければならない。次いで、2つのラインは、以下の基準により点ごとにマージされる。   SubVI to merge lines: This takes the two lines of height data generated by “calibrated triangulation subVI” for each of the two cameras and merges them into a single line of height data To do. Before performing this VI, one of the lines must be reversed (the two cameras point in opposite directions) so that a particular element of each linear array corresponds to the same spatial position. , Must be aligned. The two lines are then merged point by point according to the following criteria:

各カメラによって返された高さ値が、「最大差」よりも大きく異なるか。
いいえの場合:2つの値の平均をとる。
はいの場合:何れかの値が0か。
はいの場合:その点が一方のカメラから遮られている。2つの値の最も大きいものをその点での高さとして取る。
いいえの場合:その差は、おそらくは鏡面ハイライトまたは相互反射に起因するものであり、それは結果的に概して偽りの見かけ上の高い値を生じる。2つの値の最も小さいものをその点での高さとして取る。
Does the height value returned by each camera differ by more than the “maximum difference”?
If no: take the average of the two values.
If yes: is any value 0?
If yes: The point is blocked by one camera. The largest of the two values is taken as the height at that point.
If no: the difference is probably due to specular highlights or interreflections, which generally results in false high values. The smallest of the two values is taken as the height at that point.

次いで、10以下の高さ値を有する任意の画素が、ベルトの基準高さレベルに対応する0に設定される。   Any pixels having a height value of 10 or less are then set to 0 corresponding to the belt reference height level.

幅チェックsubVI: これは、2つのカメラの位置合わせおよび校正の助けとするために使用される。入力は、「校正済み三角測量subVI」によって生成された1ラインの高さデータである。このVIは、画素数単位で小片の幅と、小片の左の最も遠い位置の指数(インデックス)とを返す。このVIは、差をなくするために、両カメラによって返されたラインに対して使用される。   Width check subVI: This is used to help align and calibrate the two cameras. The input is the height data of one line generated by “calibrated triangulation subVI”. This VI returns the width of the piece in terms of the number of pixels and the index of the farthest left position of the piece. This VI is used for the lines returned by both cameras to eliminate the difference.

MMオクルージョン除去クロージングsubVI: このVIは、グレイ・レベル・モルフォロジカル・クロージングを使用して、点が両カメラから遮られることによって引き起こされた、小片の境界内の任意の不連続(穴)をなくすものである。構造化エレメントは、本物の表面フィーチャに対して影響が最小限になるように設計される。   MM occlusion removal closing subVI: This VI uses gray level morphological closing to eliminate any discontinuities (holes) in the boundary of a piece caused by the point being blocked from both cameras. Is. The structured element is designed to have minimal impact on real surface features.

MMスパイク除去オープニングsubVI: このVIは、グレイ・レベル・モルフォロジカル・オープニングを使用して、凹面からの相互反射に起因しての回復された表面上の任意のスパイク(インパルス・ノイズ)をなくすものである。構造化エレメントは、本物の表面フィーチャに対して影響が最小限になるように設計される。   MM spike removal opening subVI: This VI uses gray level morphological opening to eliminate any spikes (impulse noise) on the recovered surface due to mutual reflection from the concave surface It is. The structured element is designed to have minimal impact on real surface features.

MinBoundingBox自動subVI: このVIは、小片の長さおよび幅を決定する。獲得された距離画像は、閾値(2値表現に縮小され、一方の値が小片を表し、他方が背景を表す)である。小片の向きは、モーメントの解析を中心にしての、標準的なIMAQビジョン機能を使用して決定される。次いで、小片の画像は、その主軸を画像の座標系と位置合わせするように回転される。囲む最小の矩形が、画像にフィッティングされる。矩形の長い方の側が、小片の長さとして取られ、短い方の側が幅として取られる。   MinBoundingBox Auto subVI: This VI determines the length and width of the piece. The acquired distance image is a threshold (reduced to a binary representation, one value representing a small piece and the other representing a background). The orientation of the piece is determined using a standard IMAQ vision function centered on moment analysis. The piece image is then rotated to align its principal axis with the image coordinate system. The smallest enclosing rectangle is fitted to the image. The longer side of the rectangle is taken as the length of the piece and the shorter side is taken as the width.

ふるい(sieve)サイズを計算するsubVI: このVIは、計算手法を使用して、その計算された幅および高さから、小片の通過可能な最小ふるいサイズを計算する。等価の楕円体としての小片の体積も計算される。   SubVI to calculate sieve size: This VI uses a calculation technique to calculate the minimum sieve size that a piece can pass from its calculated width and height. The volume of the piece as an equivalent ellipsoid is also calculated.

形状結果を照合するsubVI: このVIは、長さ、幅、高さについての数値をとり、それらを表示に適したフォーマットに変換する。   SubVI for collating shape results: This VI takes numerical values for length, width and height and converts them into a format suitable for display.

画像再サンプリングsubVI: これは、小片のアンギュラリティを決定する前に、指定された縮小ファクタによって画像アレイの分解能を低減する。   Image resampling subVI: This reduces the resolution of the image array by a specified reduction factor before determining the angularity of the piece.

RollingBallコントローラsubVI: このVIは、アンギュラリティを計算するために必要な演算を請け負わせることができるフレームワークを提供する。このVIは、「適応楕円計算手段subVI」を呼び出し、解析を受ける小片の寸法に従って楕円の構造化エレメントを生成する。次いで、モルフォロジカル・オープニングを実行するために、「ローリング・ボール・アルゴリズムsubVI」が呼び出される。次いで、小片のこうむる体積損失が、Powersスケール値へと変換される。   RollingBall controller subVI: This VI provides a framework that can undertake the operations necessary to calculate angularity. This VI calls "adaptive ellipse calculation means subVI" and generates an elliptical structured element according to the size of the piece to be analyzed. The “rolling ball algorithm subVI” is then called to perform the morphological opening. The volume loss of the piece is then converted to a Powers scale value.

適応型楕円計算手段subVI: 主軸が小片の主軸の1/6である半楕円体構造化エレメントを生成する(再サンプリング後)。   Adaptive ellipse calculation means subVI: Generates a semi-ellipsoidal structuring element whose principal axis is 1/6 of the principal axis of the piece (after re-sampling)

ローリング・ボール・アルゴリズムsubVI: 所与の構造化エレメントを使用して、所与の画像アレイに対してモルフォロジカル・オープニングを実行する。   Rolling ball algorithm subVI: Performs a morphological opening on a given image array using a given structured element.

ふるいサイズ分布subVI: 小片が処理されるたびに、累積小片サイズ分布(0.5mmの増分値の個別のアレイとして表される)を更新する。   Sieve Size Distribution subVI: Updates the cumulative piece size distribution (represented as a separate array of 0.5 mm increments) each time a piece is processed.

実施例2: 岩石小片のアンギュラリティ解析
8〜32mmサイズ範囲の合計200個の岩石小片が、レーザ三角測量システムを使用して走査され、楕円モルフォロジ・アルゴリズムによって解析された。解析の前に、2つの独立機関からの地質学者によって、小片が視覚的に評価され、Powersスケールに従って手作業で等級分けされた。
Example 2: Angularity analysis of rock pieces A total of 200 rock pieces in the 8-32 mm size range were scanned using a laser triangulation system and analyzed by an elliptical morphology algorithm. Prior to the analysis, the pieces were visually assessed and graded manually according to the Powers scale by geologists from two independent institutions.

図6は、Powers(パワーズ)スケールに従って、1(非常に角張っている)と6(十分に丸い)との間の番号として表された、各小片についての視覚的(手作業)評価されたアンギュラリティに対しての、モルフォロジカル・オープニングによる擬似体積損失の散布図を示す。   FIG. 6 is a visual (manual) rated angular for each piece, expressed as a number between 1 (very angular) and 6 (fully rounded) according to the Powers scale. Shows a scatter plot of pseudo-volume loss due to morphological opening to the utility.

第1の観察は、結果における偏差が非常に大きく、アンギュラリティと共に増大するように見えることである。これは、図7bに示されているように、Powers番号に対して、各クラスの下での体積損失パーセント(percentage volume lost)の標準偏差をプロットすることによって、確認することができる。標準偏差は、各クラス内の測定体積損失の分布を示す図7aにも示されているように、アンギュラリティが増大するにつれてかなり均一なレートで増大することがわかる。これは、偏差が、アンギュラリティを手作業で客観的に分類するのが困難であることに起因することを示すものであり、これは、十分に丸い小片は、そのようなものとして容易に識別することができるが、より角張った小片間での区別は遙かに困難である、ということである。本発明のアルゴリズムの有効性を検討するために、各カテゴリについて、平均体積損失パーセントとPowers番号との関係が決定された。これは、図8に示されている。相関は明らかであり、平均体積損失パーセントと手作業で評価されたPowers番号との間に、ほぼ直線の関係がある。この結果から、相関値0.987が得られる。   The first observation is that the deviation in results is very large and appears to increase with angularity. This can be confirmed by plotting the standard deviation of the percent volume lost under each class against the Powers number, as shown in FIG. 7b. It can be seen that the standard deviation increases at a fairly uniform rate as the angularity increases, as also shown in FIG. 7a which shows the distribution of measured volume loss within each class. This indicates that the deviation is due to the difficulty of manually classifying angularity objectively, which means that a sufficiently round piece can be easily identified as such. It can be done, but it is much more difficult to distinguish between more square pieces. To examine the effectiveness of the algorithm of the present invention, the relationship between the average volume loss percentage and the Powers number was determined for each category. This is illustrated in FIG. The correlation is clear, and there is an approximately linear relationship between the average volume loss percentage and the manually evaluated Powers number. From this result, a correlation value of 0.987 is obtained.

実施例3: 岩石解析
解析された岩石試料のテキスチャに関する情報を得るための方法が開発された。テキスチャは、大抵、個々の結晶のサイズによって影響を受け、従って、岩石の結晶サイズは、それらのタイプに応じて変わり得るため、分類にとって重要となり得る情報を提供する。
Example 3: Rock analysis A method has been developed to obtain information about the texture of analyzed rock samples. Textures are often affected by the size of individual crystals, and therefore the rock crystal size can vary depending on their type, thus providing information that can be important for classification.

要するに、本方法は以下のように働く。即ち、本方法は、物体の上方に位置するデジタル・カメラ(例えば、CCDやCMOSタイプの産業用カメラ)によって撮影された2次元画像において試料の位置を突き止め(例えば、レーザ光およびカメラ・アセンブリがアンギュラリティ評価のために使用された後)、背景および影を避けるために、その中間から一部を選択することによって、開始する。次いで、その写真は、グレイスケール画像、および2と25の間に減少されたグレイトーンの数へと変換される。様々な数の色と、良好な結果が得られると思われるこの2〜25の間隔とを用いて実験が行われ、最良の結果は、4〜8の間隔内にあったと思われる。   In short, the method works as follows. That is, the method locates a sample in a two-dimensional image taken by a digital camera (eg, a CCD or CMOS type industrial camera) located above the object (eg, a laser beam and camera assembly is After being used for angularity evaluation), start by selecting a portion from the middle to avoid background and shadows. The photograph is then converted into a gray scale image and the number of gray tones reduced between 2 and 25. Experiments were conducted with various numbers of colors and this 2-25 interval that would give good results, with the best results appearing to be within 4-8 intervals.

色を減少させた後で、各画素が評価され、2つの隣接する画素が同じ色であるゆう度(likelihood)に関する情報を含む、いわゆる「同時発生マトリクス(co-occurrence matrix)」が作成される。岩石が大きな結晶を有する場合、隣接する画素が同じ色を有する可能性が高く、逆もまた同様であることは、直観的にわかる。   After reducing the color, each pixel is evaluated and a so-called “co-occurrence matrix” is created that contains information about the likelihood that two adjacent pixels are the same color. . If the rock has large crystals, it can be intuitively understood that adjacent pixels are likely to have the same color, and vice versa.

同時発生マトリクスPでは、各エントリPijは、グレイスケール値iの画素が、値jの画素から所定の距離d内にあるケース(場合)の数を表し、dは、通常、右隣の画素を指すベクトル、またはおそらくはベクトルの集まりであり、そのため、周囲の画素のすべてを評価することができる。Pの対角線のエントリ、即ちi=jであるすべてのエントリPijは、比較された画素が同じ色を有するケースの数を表す。従って、大きな結晶を有する試料では、P内の最大の値が、対角線上または対角線に近接して位置し、一方、小さな結晶を有する試料の場合、値は、マトリクスについてより均一に分布する。 In the coincidence matrix P, each entry P ij represents the number of cases (cases) in which a pixel with a grayscale value i is within a predetermined distance d from a pixel with a value j, where d is usually the pixel on the right , Or perhaps a collection of vectors, so that all of the surrounding pixels can be evaluated. P diagonal entries, ie all entries P ij with i = j represent the number of cases where the compared pixels have the same color. Thus, for samples with large crystals, the maximum value in P is located diagonally or close to the diagonal, whereas for samples with small crystals, the values are more uniformly distributed over the matrix.

同時発生マトリクスPが構築された後で、以下の式を使用して、大体、P内の値の分布を評価することにより、テキスチャに関する情報を導出した。   After the co-occurrence matrix P was constructed, information about the texture was derived by evaluating the distribution of values in P roughly using the following equation:

Figure 2008512672
Figure 2008512672

この実施例で解析された試料は、上述のように撮影されたことに加えて、更に分光的に測定された。試料は、4つの異なる岩石タイプのものであり、そのうちの2つは、2つの変形物に分けられた。4つの岩石タイプは、玄武岩、斑れい岩、流紋岩、花崗岩であった。玄武岩と花崗岩の試料は、更に2つのカテゴリまたは変形物に分けられた。従って、試料は、6つの異なる岩石試料を表し、それぞれが10の下位試料(サブ−サンプル)を含んでいた。表1を参照せよ。試料は、2つの異なるスペクトルのフィールドで、即ち、本明細書では可視範囲(VIS)と称する400〜1100nmの領域または範囲と、本明細書では近赤外範囲(NIR)と称する1000〜3000nmの範囲、そして最後に3000〜30000nmの中間赤外範囲(MIR)とで測定された。それぞれのサブ−サンプルは、VISにおいて1つのスポット、そしてMIRおよびNIRにおいて3つのスポットで測定された。合計で60個の測定値がVISで得られ、MIRおよびNIRでそれぞれ180個が得られた。   In addition to being photographed as described above, the samples analyzed in this example were further spectroscopically measured. The samples were of four different rock types, two of which were divided into two variants. The four rock types were basalt, gabbro, rhyolite and granite. Basalt and granite samples were further divided into two categories or variants. Thus, the samples represented 6 different rock samples, each containing 10 sub-samples (sub-samples). See Table 1. The sample is in two different spectral fields: a 400-1100 nm region or range, referred to herein as the visible range (VIS), and a 1000-3000 nm range, referred to herein as the near infrared range (NIR). Range, and finally the mid-infrared range (MIR) of 3000-30000 nm. Each sub-sample was measured at one spot in VIS and three spots in MIR and NIR. A total of 60 measurements were obtained with VIS and 180 with MIR and NIR, respectively.

結果
可視領域(VIS)
試料(サンプル)のスペクトルは、可視領域(本明細書では400〜1100nm)では、かなり一定の傾斜と幾つかの「谷」および「丘」とを有するかなり一様なものであるが、その分類は非常に正確であった。限定した数の測定、即ち、60個ということに留意すると、約80パーセントという精度は、おそらくは予想したものよりも高い。また、より多くの測定を行うことにより、分類を向上させることが容易になるはずである。
Result Visible region (VIS)
The spectrum of the sample (sample) is fairly uniform with a fairly constant slope and several “valleys” and “hills” in the visible region (400-1100 nm herein), but its classification Was very accurate. With a limited number of measurements, ie 60, the accuracy of about 80 percent is probably higher than expected. It should also be easier to improve the classification by making more measurements.

Figure 2008512672
Figure 2008512672

スペクトルのすべて、即ち、VIS、NIR、MIRにおける分類における共通の要因は、最も頻繁にエラーが発生するのはクラスまたは番号4および5のサンプルを分類するときであった、というものである。それらの場合には、クラス4の試料が、ほぼ例外なくクラス5に属するものとして分類され、その逆のことも同様に起こった。このことに、また、クラス4および5の試料が大抵の場合に同様のタイプの骨材(同じ岩石タイプのもの)としてみなされるということに鑑みて、これらの2つのクラスが1つのものとしてとられる分類が行われた。それにより、分類精度が劇的に高まり、98パーセントまで上昇したが、より現実的な精度はおそらくは90パーセントと95パーセントの間となるであろう。   A common factor in classification in all of the spectra, namely VIS, NIR, and MIR, is that the most frequent error occurred when classifying samples of class or numbers 4 and 5. In those cases, class 4 samples were classified as belonging to class 5 with almost no exception, and vice versa. Again, in view of the fact that Class 4 and 5 samples are often considered as similar types of aggregates (of the same rock type), these two classes are considered as one. Classification was made. Thereby, the classification accuracy has increased dramatically, rising to 98 percent, but a more realistic accuracy will probably be between 90 and 95 percent.

近赤外領域(NIR)
近赤外領域のスペクトルは非常に一様であるが、それらのスペクトルを見ることによってクラス間で区別するために使用することができる、より明らかな特徴を有する。要するに、95パーセントから98パーセントの分類精度を非常に容易に得ることができ、誤りはクラス4および5で発生するだけである。これらを1つのクラスに減少させた後での精度は、例外なく100パーセントであった。
Near infrared region (NIR)
The spectra in the near infrared region are very uniform, but have more obvious features that can be used to distinguish between classes by looking at their spectra. In short, a classification accuracy of 95 percent to 98 percent can be obtained very easily, and errors only occur in classes 4 and 5. The accuracy after reducing these to one class was 100 percent without exception.

実施例4
自動解析およびデータ・プレゼンテーション
図2に示されている装置を用いた岩石小片の高スループットの解析から収集されたデータをプレゼンテーションするために、ユーザにとって使いやすいプログラムおよびコンピュータ・インターフェースが開発されている。コンピュータ・プログラムからの出力の例を示す画面ビューが図9に示されている。
Example 4
Automatic Analysis and Data Presentation User-friendly programs and computer interfaces have been developed to present data collected from high-throughput analysis of rock pieces using the apparatus shown in FIG. A screen view showing an example of output from a computer program is shown in FIG.

(i)サイズ決定
プログラムは、獲得された画像から各物体の主軸を決定し、長軸(L)は、物体の2点間の最も長い距離であり、中間軸(I)は、主軸に対して直交する最も長い軸であり、短軸(S)は、他の2つの軸に対して直交するものである。
それぞれの小片のサイズは、体積パラメータ、即ち、外部寸法が主軸に対応する楕円の計算した体積を用いて示される。従って、この決定は、欧州規格EN933−1で定義されているサイズ測定に実質的に対応することになる。
(I) Size determination The program determines the main axis of each object from the acquired image, the long axis (L) is the longest distance between two points of the object, and the intermediate axis (I) is relative to the main axis. The shortest axis (S) is orthogonal to the other two axes.
The size of each piece is indicated using the volume parameter, ie the calculated volume of an ellipse whose external dimensions correspond to the principal axis. This determination thus substantially corresponds to the size measurement defined in the European standard EN933-1.

(ii)形状分類
軸と軸との間の比に基づいて、それぞれの物体は、4つのグループのうちの1つ、即ち、長いもの、平坦かつ長いもの、平坦なもの、立方形のものに分類される。
比S/I(「薄片比」(flakiness ration))およびI/L(「伸長比」(elongation ration))が共に0.67より大きい場合、物体は立方形であり、I/L≧0.67かつS/I<0.67の場合、物体は平坦であり、I/L<0.67かつS/I≧0.67の場合、物体は長いものであり、I/L<0.67かつS/I<0.67の場合、物体は長く平坦なものである。例えば0.5などのような、他のカットオフ値を使用することもできることに留意されたい。
それぞれの物体は、適切なクラスに分類され、異なるクラスにおける蓄積された小片の分布が、小片の数と小片の蓄積された体積の合計とに基づいて計算される。
得られた決定結果は、欧州規格EN933:4およびEN933:3によってそれぞれ定義されている形インデックスおよび薄片インデックスと直接に相関させることができる。即ち、得られたデータは、これらの規格によって述べられているキャリパ測定および棒ふるい測定と等価の情報を提供する。
(Ii) Shape classification Based on the ratio between axes, each object is in one of four groups: long, flat and long, flat, cubic. being classified.
If the ratio S / I (“flakiness ration”) and I / L (“elongation ration”) are both greater than 0.67, the object is cubic and I / L ≧ 0. If 67 and S / I <0.67, the object is flat; if I / L <0.67 and S / I ≧ 0.67, the object is long, I / L <0.67 and When S / I <0.67, the object is long and flat. Note that other cutoff values may be used, such as 0.5.
Each object is classified into the appropriate class and the distribution of accumulated pieces in the different classes is calculated based on the number of pieces and the sum of the accumulated volume of the pieces.
The obtained determination results can be directly correlated with the shape index and the flake index defined by European standards EN933: 4 and EN933: 3, respectively. That is, the data obtained provides information equivalent to the caliper and bar sieve measurements described by these standards.

(iii)アンギュラリティ分類
アンギュラリティ(「角の体積パーセント」)は、各小片について、上述のように獲得された3D画像のモルフォロジカル解析に基づいて計算される。それぞれの小片は、6つのクラスの集合、即ち、(1)非常に丸い、(2)丸い、(3)丸に近い、(4)少し角あり、(5)角あり、(6)非常に角ありからの適切なクラスに分類される。
分類は、計算された「角の体積パーセント」に対して線形に相関される。異なるクラスにおける蓄積された小片の分布が、小片の数と小片の蓄積された体積の合計とに基づいて計算される。
(Iii) Angularity classification Angularity ("corner volume percent") is calculated for each piece based on the morphological analysis of the 3D image acquired as described above. Each piece is a collection of six classes: (1) very round, (2) round, (3) close to a circle, (4) a little corner, (5) a corner, (6) very It is classified into an appropriate class from the corner.
The classification is linearly correlated to the calculated “corner volume percent”. The distribution of accumulated pieces in different classes is calculated based on the number of pieces and the sum of the accumulated volume of the pieces.

図1は、光学的な検出および表面の解析用のレーザ−カメラ三角測量システムの全体的なセットアップを概略的に示す。2つのカメラ1および2が示されており、レーザ3は、レーザ・ビームを物体4へ向ける。矢印5は、コンベヤ11の動きの方向を示す。6は、オプションで含まれるIR/VIS光源を示し、7は、試料物体4のIR/VIS吸光度を測定するためのオプションの分光光度計である。FIG. 1 schematically shows the overall setup of a laser-camera triangulation system for optical detection and surface analysis. Two cameras 1 and 2 are shown, the laser 3 directing the laser beam towards the object 4. An arrow 5 indicates the direction of movement of the conveyor 11. Reference numeral 6 denotes an IR / VIS light source included as an option, and reference numeral 7 denotes an optional spectrophotometer for measuring the IR / VIS absorbance of the sample object 4. 図2は、本発明の好ましい装置の概観である。FIG. 2 is an overview of the preferred apparatus of the present invention. 図3は、実施例1でより詳しく述べられる制御システムの一部分のプログラム構造および光学的検出表面解析用のプログラムの概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a program structure of a portion of the control system and a program for optical detection surface analysis described in more detail in Example 1. 図4は、オクルージョンおよびパースペクティブ効果のない距離強度画像(range intensity image)を示し、本明細書で述べられている数学的形態学アルゴリズムによって解析される小片を表す。FIG. 4 shows a range intensity image without occlusion and perspective effects, representing a piece analyzed by the mathematical morphology algorithm described herein. 図5は、角のある表面の体積損失(「失われた体積」または「角の体積」)が「ローリング・ボール」数学的形態学手法によってどのように決定されるかを示す。元の表面が図5aに示されており、次いで変換が適用され(図5b)、楕円構造化エレメントによってアクセスすることができない点が削除される(図5c)。FIG. 5 shows how the volume loss (“lost volume” or “corner volume”) of a cornered surface is determined by a “rolling ball” mathematical morphology technique. The original surface is shown in FIG. 5a, then a transformation is applied (FIG. 5b) and points that cannot be accessed by the elliptical structuring element are deleted (FIG. 5c). 図6は、捕獲距離画像から導出された3つの小片の横断面図である。外部の線は元の境界を表し、内部の線は形態学的に開いた後の境界を表す。図6aは、十分に丸い小片を表す。図6bは、やや丸い小片を表す。図6cは、角のある小片を表す。FIG. 6 is a cross-sectional view of three pieces derived from the capture distance image. The outer line represents the original boundary and the inner line represents the boundary after morphological opening. FIG. 6a represents a sufficiently round piece. FIG. 6b represents a slightly round piece. FIG. 6c represents a cornered piece. 図6は、捕獲距離画像から導出された3つの小片の横断面図である。外部の線は元の境界を表し、内部の線は形態学的に開いた後の境界を表す。図6aは、十分に丸い小片を表す。図6bは、やや丸い小片を表す。図6cは、角のある小片を表す。FIG. 6 is a cross-sectional view of three pieces derived from the capture distance image. The outer line represents the original boundary and the inner line represents the boundary after morphological opening. FIG. 6a represents a sufficiently round piece. FIG. 6b represents a slightly round piece. FIG. 6c represents a cornered piece. 図6は、捕獲距離画像から導出された3つの小片の横断面図である。外部の線は元の境界を表し、内部の線は形態学的に開いた後の境界を表す。図6aは、十分に丸い小片を表す。図6bは、やや丸い小片を表す。図6cは、角のある小片を表す。FIG. 6 is a cross-sectional view of three pieces derived from the capture distance image. The outer line represents the original boundary and the inner line represents the boundary after morphological opening. FIG. 6a represents a sufficiently round piece. FIG. 6b represents a slightly round piece. FIG. 6c represents a cornered piece. 図7aは、パワーズ・スケールに従って分類された、各小片について視覚的に評価されたアンギュラリティに対しての、本発明(実施例2参照)に従って決定された体積損失の散布図であり、高いアンギュラリティ・クラスでの体積損失の変化性を示す。7bは、手動で評価されたパワーズ番号に対しての、各クラスの下での体積損失パーセントの標準偏差のプロットである。FIG. 7a is a scatter plot of volume loss determined according to the present invention (see Example 2) for the angularity visually assessed for each piece, sorted according to the Powers scale, and high angular It shows the variability of volume loss in the utility class. 7b is a plot of the standard deviation of the percent volume loss under each class against the manually evaluated Powers number. 図7aは、パワーズ・スケールに従って分類された、各小片について視覚的に評価されたアンギュラリティに対しての、本発明(実施例2参照)に従って決定された体積損失の散布図であり、高いアンギュラリティ・クラスでの体積損失の変化性を示す。7bは、手動で評価されたパワーズ番号に対しての、各クラスの下での体積損失パーセントの標準偏差のプロットである。FIG. 7a is a scatter plot of volume loss determined according to the present invention (see Example 2) for the angularity visually assessed for each piece, sorted according to the Powers scale, and high angular It shows the variability of volume loss in the utility class. 7b is a plot of the standard deviation of the percent volume loss under each class against the manually evaluated Powers number. 図8は、本発明の方法によって自動的に決定された平均体積損失パーセントと、各カテゴリについてのパワーズ番号との関係を示す。FIG. 8 shows the relationship between the average volume loss percentage automatically determined by the method of the present invention and the Powers number for each category. 図9は、本発明を実施するためのコンピュータ・ソフトウェアによって生成されたスクリーン・ビューを示す。9aは、軸の長さ、アンギュラリティ・クラス、形状クラス・フォーム、角の体積、およびその他のことを含む、一つの物体についての測定データを示す。9bは、試料体積(左)および試料物体番号(右)に基づく、或る試料についての蓄積された小片サイズ分布を示す。9cは、体積(左)および番号(右)に基づく、アンギュラリティおよび形状クラスにおける試料物体の分布を示す。FIG. 9 shows a screen view generated by computer software for implementing the present invention. 9a shows the measurement data for one object including axis length, angularity class, shape class form, corner volume, and others. 9b shows the accumulated piece size distribution for a sample based on sample volume (left) and sample object number (right). 9c shows the distribution of sample objects in angularity and shape classes based on volume (left) and number (right). 図9は、本発明を実施するためのコンピュータ・ソフトウェアによって生成されたスクリーン・ビューを示す。9aは、軸の長さ、アンギュラリティ・クラス、形状クラス・フォーム、角の体積、およびその他のことを含む、一つの物体についての測定データを示す。9bは、試料体積(左)および試料物体番号(右)に基づく、或る試料についての蓄積された小片サイズ分布を示す。9cは、体積(左)および番号(右)に基づく、アンギュラリティおよび形状クラスにおける試料物体の分布を示す。FIG. 9 shows a screen view generated by computer software for implementing the present invention. 9a shows the measurement data for one object including axis length, angularity class, shape class form, corner volume, and others. 9b shows the accumulated piece size distribution for a sample based on sample volume (left) and sample object number (right). 9c shows the distribution of sample objects in angularity and shape classes based on volume (left) and number (right). 図9は、本発明を実施するためのコンピュータ・ソフトウェアによって生成されたスクリーン・ビューを示す。9aは、軸の長さ、アンギュラリティ・クラス、形状クラス・フォーム、角の体積、およびその他のことを含む、一つの物体についての測定データを示す。9bは、試料体積(左)および試料物体番号(右)に基づく、或る試料についての蓄積された小片サイズ分布を示す。9cは、体積(左)および番号(右)に基づく、アンギュラリティおよび形状クラスにおける試料物体の分布を示す。FIG. 9 shows a screen view generated by computer software for implementing the present invention. 9a shows the measurement data for one object including axis length, angularity class, shape class form, corner volume, and others. 9b shows the accumulated piece size distribution for a sample based on sample volume (left) and sample object number (right). 9c shows the distribution of sample objects in angularity and shape classes based on volume (left) and number (right).

Claims (37)

鉱物や、岩石や、砂礫や、天然の又は製造された又はリサイクルされた骨材などから選択された複数の試料物体のサイズおよび形を自動解析するための装置であって、
a)前記物体を流れ内で互いに離隔して搬送ベルトへ供給するためのフィーダ・ユニットと、
b)前記搬送ベルトを横切って、コリメートされた光のビームを投じる照明源と、
c)前記物体を照明する前記平面ビームの反射の画像を取り込むための少なくとも1つの画像検出器を備える画像取込み手段と
を備え、
機器の機械的部分およびハードウェア部分を制御するための、コンピュータ・プログラムが格納されている処理手段と、取り込まれた画像を格納するためのメモリとを備える制御システムを更に備え、前記制御システムが、前記物体のサイズおよび形を自動的に決定するために前記物体の一連の画像を処理するように、および前記物体の前記サイズおよび前記形を表すパラメータを返すように適合されるものであり、前記形パラメータは、形状およびアンギュラリティを含めたパラメータを含む、
装置。
An apparatus for automatically analyzing the size and shape of a plurality of sample objects selected from minerals, rocks, gravel, natural, manufactured or recycled aggregates, etc.
a) a feeder unit for supplying said objects to the conveyor belt separated from each other in the flow;
b) an illumination source that projects a collimated beam of light across the conveyor belt;
c) image capture means comprising at least one image detector for capturing an image of the reflection of the planar beam that illuminates the object;
A control system comprising processing means for storing a computer program for controlling the mechanical part and the hardware part of the device, and a memory for storing the captured image, the control system comprising: Adapted to process a series of images of the object to automatically determine the size and shape of the object and to return parameters representing the size and shape of the object; The shape parameters include parameters including shape and angularity.
apparatus.
請求項1に記載の装置であって、前記画像取込み手段が、前記平面ビームに対して異なる角度から、前記物体に向けられた前記平面ビームの前記反射の画像を取り込むように配された少なくとも2つの画像検出器を備える、装置。   2. The apparatus according to claim 1, wherein the image capturing means is arranged to capture images of the reflection of the planar beam directed at the object from different angles with respect to the planar beam. An apparatus comprising two image detectors. 請求項1に記載の装置であって、前記フィーダが、振動螺旋エレベータまたはドージング・フィーダから選択される、装置。   The apparatus of claim 1, wherein the feeder is selected from a vibrating spiral elevator or dosing feeder. 請求項2に記載の装置であって、前記少なくとも2つの画像検出器が、前記平面ビームの各側に1つ配され、像の面のそれぞれが前記コンベヤ・ベルトの方向に対して垂直で、前記平面ビームと平行な水平軸を有するように位置決めされる、装置。   3. The apparatus of claim 2, wherein the at least two image detectors are arranged one on each side of the planar beam, each image plane being perpendicular to the direction of the conveyor belt, An apparatus positioned to have a horizontal axis parallel to the planar beam. 請求項1に記載の装置であって、1時間当たりに最大幅直径100mm未満の少なくとも約100個の前記試料物体を、好ましくは1時間当たりに最大幅直径100mm未満の少なくとも約400個の前記試料物体を、自動的に解析するように構成される、装置。   The apparatus of claim 1, wherein at least about 100 sample objects with a maximum width diameter of less than 100 mm per hour, preferably at least about 400 of the samples with a maximum width diameter of less than 100 mm per hour. An apparatus configured to automatically analyze an object. 請求項1に記載の装置であって、前記制御システムが、前記一連の画像、および得られた前記物体の3次元表面画像を、コンピュータ・プログラムに基づいて処理するように適合され、また、下記のパラメータ、即ち、前記物体のサイズ、長軸の長さ、中間軸の長さ、短軸の長さ、伸長比および薄片比、形状クラス、等価の形インデックス、等価の薄片インデックス、球形度、丸みまたはアンギュラリティの値、ならびに複数の解析済みの小片についての前記パラメータのうちの1つまたは複数の統計分布、のうちの1または複数のものを計算するように適合される、装置。   The apparatus of claim 1, wherein the control system is adapted to process the series of images and the resulting three-dimensional surface image of the object based on a computer program, and Parameters, namely, the size of the object, the length of the major axis, the length of the intermediate axis, the length of the minor axis, the stretch ratio and the flake ratio, the shape class, the equivalent shape index, the equivalent flake index, the sphericity, An apparatus adapted to calculate one or more of roundness or angularity values, as well as one or more statistical distributions of said parameters for a plurality of analyzed pieces. 請求項6に記載の装置であって、前記制御システムが、前記物体についてサイズ・パラメータおよびサイズ分布、形状クラスおよび形状クラス分布、ならびにアンギュラリティ・クラスおよびアンギュラリティ分布を決定するように適合される、装置。   7. The apparatus of claim 6, wherein the control system is adapted to determine a size parameter and size distribution, shape class and shape class distribution, and angular class and angular distribution for the object. ,apparatus. 請求項1から7の何れかに記載の装置であって、前記形パラメータが、滑らかさ/粗さを示す表面テキスチャ・パラメータを更に含む、装置。   8. An apparatus according to any preceding claim, wherein the shape parameter further comprises a surface texture parameter indicative of smoothness / roughness. 請求項1から8の何れかに記載の装置であって、前記制御システムが、丸みまたはアンギュラリティのパラメータおよび/またはクラスに相関される擬似体積損失値を計算するために、モルフォロジカル・アルゴリズムを実施して前記一連の画像を処理するように適合される、装置。   9. An apparatus according to any preceding claim, wherein the control system uses a morphological algorithm to calculate a pseudo volume loss value correlated to a roundness or angularity parameter and / or class. An apparatus adapted to perform and process the series of images. 請求項9に記載の装置であって、前記モルフォロジカル・アルゴリズムが、構造楕円エレメントの使用に基づくものであり、前記エレメントが、解析される各小片について定義され、前記小片と実質的に同じ縦横比を有する、装置。   10. The apparatus of claim 9, wherein the morphological algorithm is based on the use of a structural ellipse element, wherein the element is defined for each piece to be analyzed and is substantially the same length and width as the piece. Device with a ratio. 請求項10に記載の装置であって、前記小片の前記サイズと前記構造エレメントの前記サイズとの比を定義する比例定数が、約1:3から1:10の範囲にあり、好ましくは約1:4から約1:10の範囲にある、装置。   11. Apparatus according to claim 10, wherein the proportionality constant defining the ratio between the size of the piece and the size of the structural element is in the range of about 1: 3 to 1:10, preferably about 1. A device in the range of 4 to about 1:10. 請求項1に記載の装置であって、可視光および/または赤外光のビームを提供する光源と、前記物体の照明されたスポットからの前記ビームの反射を検出し、可視および/または赤外の吸光度または反射のスペクトルを測定するための分光測光検出器とを更に備え、前記制御システムは、前記スペクトルを処理するように適合され、そして、鉱物および岩石小片ならびに同様の物体のタイプおよび/または変形物の所定のクラス系統に従って前記物体を分類するために、前記スペクトルと、基準材料に基づく基準のスペクトルおよび/またはスペクトル値とを比較するように適合される、装置。   The apparatus of claim 1, wherein a light source that provides a beam of visible and / or infrared light and a reflection of the beam from an illuminated spot of the object are detected and visible and / or infrared. And a spectrophotometric detector for measuring the absorbance or reflection spectrum of the light source, wherein the control system is adapted to process the spectrum, and mineral and rock fragments and similar object types and / or An apparatus adapted to compare the spectrum with a reference spectrum and / or a spectrum value based on a reference material to classify the object according to a predetermined class system of variants. 請求項12に記載の装置であって、前記可視および赤外光の光源が、約340nmから約1200nmの波長範囲を含む可視光および赤外光を提供し、前記範囲が前記検出器によって検出される、装置。   13. The apparatus of claim 12, wherein the visible and infrared light sources provide visible and infrared light including a wavelength range of about 340 nm to about 1200 nm, the range being detected by the detector. Equipment. 請求項1から13の何れかに記載の装置であって、それぞれの物体を重み付けする重み付け手段を更に備える装置。   14. The apparatus according to claim 1, further comprising weighting means for weighting each object. 鉱物や、岩石や、砂礫や、天然の又は製造された又はリサイクルされた骨材などから選択された試料内の複数の物体中の物体のサイズおよび形を決定するための方法であって、前記形の決定は、少なくとも、小片が長いかつ/または平坦なものであるかどうかを示す形状パラメータまたはクラスを決定すること、ならびにアンギュラリティの決定を含み、方法は、
互いに離隔された前記物体を搬送ベルト上に供給するステップと、
順次に流れる物体を、前記コンベヤの方向を横切るコリメートされた光のビームで照明するステップと、
それぞれの物体について、一連の画像が獲得されて、前記コンベヤの所定の速度に基づいての規則的な最小頻度で格納されるように、少なくとも1つの画像検出器を用いて、前記物体を照明する前記平面ビームの拡散反射の画像を取り込み、前記画像をメモリに格納するステップと、
前記物体を表す3次元表面データまたは輪郭マップおよびトポグラフィカル・データを得るために、光の前記平面ビームの下を通過する各物体について、前記物体についての前記一連の画像を処理するステップと、
得られた前記データに基づいて、前記物体についてのサイズ・パラメータおよび形パラメータを決定するステップとを含み、前記形パラメータが、小片が長いかつ/または平坦なものであるかどうかを示す形状パラメータおよび/または分類と、アンギュラリティ・パラメータおよび/または分類とを含む、方法。
A method for determining the size and shape of an object in a plurality of objects in a sample selected from minerals, rocks, gravel, natural, manufactured or recycled aggregates, etc. Determining the shape includes at least determining a shape parameter or class that indicates whether the piece is long and / or flat, and determining an angularity, the method comprising:
Feeding the objects spaced apart from each other onto a conveyor belt;
Illuminating sequentially flowing objects with a collimated beam of light across the direction of the conveyor;
For each object, at least one image detector is used to illuminate the object so that a series of images are acquired and stored at a regular minimum frequency based on a predetermined speed of the conveyor Capturing an image of the diffuse reflection of the planar beam and storing the image in memory;
Processing the series of images for the object for each object passing under the planar beam of light to obtain three-dimensional surface data or contour maps and topographical data representing the object;
Determining a size parameter and a shape parameter for the object based on the obtained data, wherein the shape parameter indicates whether the piece is long and / or flat, and A method comprising / and classification and angularity parameters and / or classification.
請求項15に記載の方法であって、前記コリメートされた光のビームの各側に1つの、少なくとも2つの画像検出器を用いて画像を取り込むステップを含む、方法。   16. The method of claim 15, comprising capturing an image using at least two image detectors, one on each side of the collimated beam of light. 請求項15に記載の方法であって、前記複数の物体中の各物体についての、長いことおよび平坦なことを示す形状データとアンギュラリティ/丸みデータとを含めたサイズおよび形データを編集するステップと、前記試料中の解析済みの前記物体のサイズおよび形の平均および変動値を表すパラメータを計算するステップとを含む方法。   16. The method of claim 15, wherein the size and shape data including shape data indicating longness and flatness and angularity / roundness data for each object in the plurality of objects is edited. And calculating parameters representing mean and variation values of the size and shape of the analyzed object in the sample. 請求項17に記載の方法であって、物体の前記サイズが、前記物体の短軸および中間軸から計算された楕円によって表される、方法。   18. A method according to claim 17, wherein the size of the object is represented by an ellipse calculated from the minor and intermediate axes of the object. 請求項17に記載の方法であって、物体のサイズが、測定された寸法および所定の形状に基づいた計算された体積によって示される、方法。   18. A method according to claim 17, wherein the size of the object is indicated by a calculated volume based on the measured dimensions and a predetermined shape. 請求項19に記載の方法であって、楕円が、前記物体の外部寸法を表す3つの軸から計算され、前記楕円が、解析される複数の物体についてのサイズ分布を生成するための、前記物体の体積の近似値を提供する、方法。   20. A method as claimed in claim 19, wherein an ellipse is calculated from three axes representing the external dimensions of the object, the ellipse generating a size distribution for a plurality of objects to be analyzed. A method that provides an approximation of the volume of the. 請求項15から20の何れかに記載の方法であって、前記形状パラメータおよび/または分類は、物体が実質的に球状であるか、実質的に平坦なものであるか、実質的に長いものであるか、それとも実質的に長く且つ平坦なものであるかを示す少なくとも4つのクラスへの形状分類を含む、方法。   21. A method according to any of claims 15 to 20, wherein the shape parameter and / or classification is such that the object is substantially spherical, substantially flat, or substantially long. A method comprising shape classification into at least four classes that indicate whether they are or are substantially long and flat. 請求項15から21の何れかに記載の方法であって、前記物体の軸に比例する軸を有する楕円構造化エレメントが、前記物体の前記アンギュラリティを決定するために数学的モルフォロジ・アルゴリズムにおいて使用される、方法。   A method according to any of claims 15 to 21, wherein an elliptical structuring element having an axis proportional to the axis of the object is used in a mathematical morphology algorithm to determine the angularity of the object. The way it is. 請求項22に記載の方法であって、前記小片の前記サイズと前記構造エレメントの前記サイズとの比を定義する比例定数が、約1:3から1:10の範囲にあり、好ましくは約1:4から約1:10の範囲にある、方法。   23. The method of claim 22, wherein a proportionality constant defining a ratio between the size of the piece and the size of the structural element is in the range of about 1: 3 to 1:10, preferably about 1. A method in the range of 4 to about 1:10. 請求項23に記載の方法であって、前記比例定数が約1:4から約1:8の範囲にある、方法。   24. The method of claim 23, wherein the proportionality constant is in the range of about 1: 4 to about 1: 8. 請求項15から24の何れかに記載の方法であって、前記アンギュラリティ・パラメータおよび/または分類が、複数のクラスを有する分類体系を含む、方法。   25. A method according to any of claims 15 to 24, wherein the angular parameter and / or classification comprises a classification scheme having a plurality of classes. 請求項15から25の何れかに記載の方法であって、前記コンベヤへ供給された各物体を可視および/または赤外の放射ビームで照らすステップと、前記物体の照らされたスポットからの前記ビームの反射を検出し、前記可視および/または赤外の吸光度または反射のスペクトルを測定するステップと、前記スペクトルを、前記物体についての岩石学的情報または他の組成情報を決定するために基準スペクトル値と比較するステップとを更に含む方法。   26. A method as claimed in any of claims 15 to 25, illuminating each object supplied to the conveyor with a visible and / or infrared radiation beam, and the beam from an illuminated spot of the object. Measuring the visible and / or infrared absorbance or reflection spectrum, and measuring the spectrum, a reference spectral value to determine petrological information or other composition information about the object And comparing with the method. 請求項26に記載の方法であって、前記岩石学的情報が、岩石学的岩石タイプおよび/または変形物の所定のクラス系統に従う前記物体の分類を含む、方法。   27. The method of claim 26, wherein the petrological information includes classification of the object according to a predetermined class system of petrological rock types and / or variants. 鉱物や、岩石や、砂礫や、天然の又は製造された又はリサイクルされた骨材などから選択された複数の物体の画像データの獲得を制御するため、およびそれを解析するための、コンピュータにロード可能なコンピュータ・プログラム製品であって、コンピュータにロードされて実行されたとき、コンピュータ・プロセッサに命令するためのプログラム命令手段を備え、該プログラム命令手段は、
所定の速度で移動する前記物体の流れの方向を横切って照らす平面コヒーレント・ビームの反射の順次の画像を、最小の所定の頻度で取り込むように構成された少なくとも1つの画像検出器から、入力データを受け取るようにし、
前記物体のサイズを示すデータと、前記物体を表す3次元表面データまたは輪郭マップおよびトポグラフィカル・データとを得るために、各物体について前記画像を格納して前記画像を処理し、
得られた前記データに基づいて、前記物体についての1または複数のサイズ・パラメータおよび形パラメータを決定する
ように命令するものであり、前記形パラメータが、小片が長いかつ/または平坦なものであるかどうかを示す形状パラメータおよび/または分類と、アンギュラリティ/丸みのパラメータおよび/または分類とを含む、
コンピュータ・プログラム製品。
Loaded into a computer to control and analyze the acquisition of image data for multiple objects selected from minerals, rocks, gravel, natural, manufactured or recycled aggregates, etc. A possible computer program product comprising program instruction means for instructing a computer processor when loaded into a computer and executed, the program instruction means comprising:
Input data from at least one image detector configured to capture a sequential image of a reflection of a planar coherent beam that illuminates across the direction of flow of the object moving at a predetermined speed with a minimum predetermined frequency. To receive
Storing the image for each object and processing the image to obtain data indicating the size of the object and three-dimensional surface data or contour map and topographical data representing the object;
Instructing to determine one or more size and shape parameters for the object based on the obtained data, wherein the shape parameters are long and / or flat pieces Including shape parameters and / or classification to indicate whether or not, angular / roundness parameters and / or classification,
Computer program product.
請求項28に記載のコンピュータ・プログラム製品であって、前記複数の物体中の各物体についての、長いことおよび平坦なことを示す形状データと、アンギュラリティ/丸みデータとを含めたサイズおよび形データを編集し、前記複数の物体のサイズおよび形の平均および変動値を表すパラメータを計算するためのプログラム命令手段を更に備えるコンピュータ・プログラム製品。   29. The computer program product according to claim 28, wherein size and shape data including long and flat shape data and angularity / roundness data for each object in the plurality of objects. A computer program product further comprising program instruction means for calculating parameters representing mean and variation values of the size and shape of the plurality of objects. 請求項28または29に記載のコンピュータ・プログラム製品であって、前記形状パラメータおよび/または分類が、物体が実質的に球状であるか、実質的に平坦なものであるか、実質的に長いものであるか、それとも実質的に長くかつ平坦なものであるかを示す少なくとも4つのクラスへの形状分類を含む、コンピュータ・プログラム製品。   30. The computer program product of claim 28 or 29, wherein the shape parameter and / or classification is such that the object is substantially spherical, substantially flat, or substantially long. A computer program product comprising shape classification into at least four classes that indicate whether they are or are substantially long and flat. 請求項28から30の何れかに記載のコンピュータ・プログラム製品であって、物体のサイズが、測定された寸法および所定の形状に基づいて計算された体積によって示される、コンピュータ・プログラム製品。   31. A computer program product according to any of claims 28 to 30, wherein the size of the object is indicated by a volume calculated based on measured dimensions and a predetermined shape. 請求項31に記載のコンピュータ・プログラム製品であって、楕円が、前記物体の外部寸法を表す3つの軸から計算され、前記楕円が、解析される複数の物体についてサイズ分布を生成するための、前記物体の体積の近似値を提供する、コンピュータ・プログラム製品。   32. The computer program product of claim 31, wherein an ellipse is calculated from three axes representing external dimensions of the object, and the ellipse generates a size distribution for a plurality of objects to be analyzed. A computer program product that provides an approximation of the volume of the object. 請求項28から32の何れかに記載のコンピュータ・プログラム製品であって、解析される前記物体の軸に比例する軸を有する楕円構造化エレメントが、前記物体の前記アンギュラリティを決定するために数学的モルフォロジ・アルゴリズムにおいて使用される、コンピュータ・プログラム製品。   33. A computer program product according to any of claims 28 to 32, wherein an elliptical structuring element having an axis proportional to the axis of the object to be analyzed is mathematical to determine the angularity of the object. A computer program product used in a genetic morphology algorithm. 請求項33に記載のコンピュータ・プログラム製品であって、前記小片の前記サイズと前記構造エレメントの前記サイズとの比を定義する比例定数が、約1:3から1:10の範囲にあり、好ましくは約1:4から約1:10の範囲にある、コンピュータ・プログラム製品。   34. The computer program product of claim 33, wherein a proportionality constant defining a ratio between the size of the piece and the size of the structural element is in the range of about 1: 3 to 1:10, preferably Is a computer program product in the range of about 1: 4 to about 1:10. 請求項34に記載のコンピュータ・プログラム製品であって、前記比例定数が約1:4から約1:8の範囲にある、コンピュータ・プログラム製品。   35. The computer program product of claim 34, wherein the proportionality constant is in the range of about 1: 4 to about 1: 8. 請求項28から35の何れかに記載のコンピュータ・プログラム製品であって、
前記物体を照らす可視および/または赤外のビームの反射を検出するように構成された分光計から分光測光入力データを受け取り、
前記物体についての岩石学的情報または他の組成情報を決定するために、前記データを基準スペクトル値と比較する
ように更に適合されるプログラム製品。
36. A computer program product according to any of claims 28 to 35, comprising:
Receiving spectrophotometric input data from a spectrometer configured to detect reflections of visible and / or infrared beams that illuminate the object;
A program product further adapted to compare the data with reference spectral values to determine petrological or other compositional information about the object.
請求項36に記載のコンピュータ・プログラム製品であって、前記岩石学的情報が、岩石学的岩石タイプおよび/または変形物の所定のクラス系統に従った前記物体の分類を含む、コンピュータ・プログラム製品。   37. The computer program product of claim 36, wherein the petrological information includes classification of the object according to a predetermined class system of petrological rock types and / or variants. .
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